Schulversuchspraktikum

AnsgarMisch

Sommersemester2016

Klassenstufe5&6

EinfacheKraftwerke(Wasser,Wind,Solaretc.)

AufeinenBlick:

Die Unterrichtseinheit „Einfache Kraftwerke“ für die Jahrgangsstufe 5/6 setzt sich aus

zwei Lehrerdemonstrationsexperimenten und zwei Schülerexperimenten zusammen. Die

Lehrerdemonstrationsexperimente eignen sich allerdings auch als Schülerexperimente, da

eineGefährdungderSchülerinnenundSchülernichtbesteht.UmeineZeitersparnisimUn-

terrichtzuerreichen,werdensieindieserEinheitallerdingsalsLehrerdemonstrationsexpe-

rimente vorgestellt. In dieser Einheit lernen die Schülerinnen und Schüler ausgewählte

Kraftwerkstypen sowie deren Funktionsprinzipien anhand einfacher Modelle kennen. Die

Funktionsprinzipien können vor allem imRahmenvonProjektenoder Exkursionen kritisch

hinterfragtundmiteinanderverglichenwerden.

Inhalt1BeschreibungdesThemasundzugehörigeLernziele 3 2RelevanzdesThemasunddidaktischeReduktion 4

3MitWindkrafteinenElektromotorbetreiben(LV/SV) 44Sonnenmühlen(SV) 65WassererhitzenmiteinemParabolspiegel(LV/SV) 76EffizienzeinerSolarzelleinAbhängigkeitvomWinkelderEinstrahlung(SV) 87DidaktischerKommentarzumSchülerarbeitsblatt 12

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1BeschreibungdesThemasundzugehörigeLernziele

Menschenbrauchen in ihremalltäglichenLebenständigEnergie.DurchelektrischeEnergie

werdenLichtundWärmeerzeugtundHaushaltsgerätekönnenbetriebenwerden.Fühltsich

jemandmüde oder krank, hörtman oft, dass er keine Energie hat, dass sein Bewegungs-

drangalsoeingeschränktist.BewegungistdemnacheinVorgang,dernichtohneEnergiezu-

fuhrablaufenkann.EineinteressanteFragestellungergibtsichdaherausderUmkehrdieses

Satzes: Ist esmöglichausBewegungauchumgekehrtwiederEnergie zugewinnenund für

andereProzessenutzbarzumachen?

Bei der Auseinandersetzung mit dieser Fragestellung in der Unterrichtseinheit „Einfache

Kraftwerke“sollendieSchülerinnenundSchüler*vorrangiglernen,dasselektrischeEnergie

in Generator- und Solarkraftwerken gewonnenwerden kann. Dabei sollte allerdings strikt

beachtetwerden,dassvermitteltwird,dassdiegewonneneEnergienichtentstehtoderer-

zeugtwird,sonderndass inGeneratorenlediglichBewegungsenergieinelektrischeEnergie

umgewandelt wird. Zur Verdeutlichung könnte das Prinzip des Fahrraddynamos (elektro-

magnetische Induktion) vorgestellt werden, das aber vorerst nur phänomenologisch be-

trachtetwerdensollte.

Desweiterenergibtsich,dassdieSuSunterschiedlicheArtenvonKraftwerkenundihreFunk-

tionsprinzipien kennenlernen sowie ihreVor- undNachteile bewerten sollen.DieBetrach-

tungvonSolarkraftwerkenkannanhandvonVersuchenmitSolarzellenerfolgen.DasFunkti-

onsprinzip einer Solarzelle sollte hier jedoch nur phänomenologisch behandelt werden.

VielmehrkanndieEffizienzvonSolarzellenuntersuchtwerden,indemdieAbhängigkeitder

gewonnenen elektrischen Energie vom Einstrahlwinkel ermittelt wird. Beim Erhitzen von

WasserunterVerwendungeinesParabolspiegelssollendieSuSlernen,dassLichtstrahlenin

einem „Brennpunkt“ gebündelt werden können und so Strahlung effizienter ausgenutzt

werdenkann (Versuch zumErhitzenvonWassermiteinemselbstgebasteltenParabolspie-

gel).

Im Rahmen einer Gesamtbetrachtung und eines Vergleichs von Kraftwerktypen sollen die

SuSlernen,dassdieUmwandlungvonEnergie(Bewegungsenergie/Sonnenenergie->elektri-

*ImFolgendenwirdanstellevon„SchülerinnenundSchüler(n)“derEinfachheithalberdieAbkürzung„SuS“verwendet.

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scheEnergie)stetsverlustbehaftetist,alsoein„PerpetuumMobile“nichtdarstellbarist.Bei

derlaborpraktischenTätigkeit(Aufbau,Durchführung,Beobachtung,Deutung)erwerbendie

SuSzudemprozessbezogeneKompetenzen(Erkenntnisgewinnung,Kommunikation).

2RelevanzdesThemasunddidaktischeReduktion

In unserem alltäglichen Leben in den westlichen Industrienationen übernimmt vor allem

elektrischeEnergieeinezentraleRolle.VieleBereichedesöffentlichenLebenswürdenohne

dieNutzungelektrischerEnergienahezuzumErliegenkommen.SieistauchfürSuSinnahe-

zu allen Lebensbereichen allgegenwärtig und kaum zu entbehren. Die Bandbreite der An-

wendungelektrischerEnergie reichtvomBetriebdesWeckersbis zurNutzungderelektri-

schenZahnbürste.DaheristeinwichtigerAspektderUrsprungbzw.dieQuellederinForm

vonStromnutzbarenelektrischenEnergie.

Daszugrunde liegendeFachwissenmuss füreineBehandlung in Jahrgangsstufe5/6 ingro-

ßenTeilenstarkreduziertwerden,dazentralephysikalischeGrundbegriffe (z.B.Mechanik)

erst inJahrgangsstufe7/8thematisiertwerden.DerAufbauundderMechanismusderGe-

winnungvonelektrischerEnergieinderSolarzellesolltenhiernochnichtbehandeltwerden.

Einige Grundbegriffe des Themenfelds „Energie“ können allerdings schon hier eingeführt

und sinnvoll genutzt werden (Energieerhaltung). Zudem können die in anderen Einheiten

gelegtenGrundlagen(einfacheStromkreise,Optik)angewendetundvertieftwerden.

BeimVergleich verschiedenerKraftwerkstypenbietet sich aucheher einephänomenologi-

scheBetrachtungunterBerücksichtigungvonVor-undNachteilenalseinekritischeBetrach-

tungeinzelnerProzesse. ImRahmenvonExkursionenoderProjektenkönnendieSuSauch

durchdieBesichtigungvonKraftwerken(Windparks,Wasserturbinen,Biogasanlagen)zusätz-

lichmotiviertwerdenunderfahreneinendirektenAnwendungsbezug.BeieinersolchenBe-

sichtigung kann den SuS eindrucksvoll veranschaulichtwerden, dass ein Generator Bewe-

gungsenergielediglichinelektrischeEnergieumwandelt.DabeilernendieSuS,dassEnergie

nichterzeugtodervernichtetwerdensondernlediglichumgewandeltwerdenkann.

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3Lehrerversuche

3.1MitWindkrafteinenElektromotorbetreiben

DieUmwandlungvonBewegungsenergie (DrehungeinesWindrades) inelektrischeEnergie

kannmithilfeeinesGenerators ineinemWindraderfolgen.DieserVersuch,der zurZeiter-

sparnis als Lehrerdemonstrationsversuch durchgeführt werden kann, kann ebenfalls als

Schülerversuchdurchgeführtwerden,da keinerlei gefährlicheChemikalieneingesetztwer-

den.DerBetriebdesWindradesdurchAnpusten,solldieUmwandlungvonBewegungsener-

gie in elektrischeEnergie verdeutlichen.Gleichzeitig kann gezeigtwerden, dassdieseUm-

wandlungnichtverlustfreiabläuft.

Gefahrenstoffe- - -

Materialien: 2baugleicheWindräderoder1WindradundeineGlühlampe

1Multimeter(SV)oderDemonstrations-VoltmeterundAmperemeter

(LV),5Kabel,1Fön

Chemikalien: -

Aufbau:

Abbildung1:AufbauzumBetreibeneinesMotors(blauesWindrad)durch

einanderesWindrad(gelbesWindrad),dasalsGeneratoreingesetztwird.

DieWindräder,bzw.dasWindradunddieGlühlampe,unddasMul-

timeterwerdenineinerReihenschaltungangeordnet.

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Durchführung: Mit dem Fön oder direktmit demMundwird eines derWindräder

angepustet, sodasssichdessenPropellerdreht.WerdenzweiWind-

räderverwendet,mussderAbstandzwischendiesengroßgenugsein,

umeineBeeinflussungdurchdenFönausschließenzukönnen.

Beobachtung: WirddasWindradangepustetodermitdemFönangeblasen,sowird

der Propeller durch den Luftzug bewegt. Bereits bei einer geringen

Drehzahl kannmit demMultimeter eine auftretende Spannung ge-

messen werden. Diese steigt, wenn dasWindrad schneller bewegt

wird.Wird indenAmperemeterbetriebumgeschaltet, dannbewegt

sichabeinergenügendhohenDrehzahldesPropellersauchderzwei-

tePropellerbzw.dieGlühlampefängtanzuleuchten.Dieserfolgtal-

lerdingserstimAmperemetermodus,dasonstderinnereWiderstand

desMessgeräts inderReihenschaltungzuhoch ist.BeiVerwendung

vonzweibaugleichenPropellernkannaußerdembeobachtetwerden,

dassderzweitePropeller,deralsVerbraucher fungiert,niedieglei-

cheDrehzahlerreichtwiederursprünglichangepustetePropeller.Die

Drehzahl des Verbraucher-Propellers bleibt stets kleiner als die des

Erzeugers.

Deutung: DurchdenLuftzugwirdeineDrehungdesPropellers verursacht.Die

Bewegungsenergiewird imMotor (Generator) inelektrischeEnergie

umgewandelt. Die gewonnene elektrische Energie wird im zweiten

Windradwiederum in Bewegungsenergie umgewandelt, sodass sich

schließlichdaszweiteWindradebenfallsdreht.DieBeobachtungkann

infolgendemJe-desto-Satzfestgehaltenwerden:JeschnellerderPro-

peller bewegtwird, desto höher ist die gemessene Spannung (desto

schnellerbewegtsichauchderzweitePropeller).DerzweitePropeller

bewegtsichallerdingsniesoschnellwiederstromerzeugendePropel-

ler,dabeiUmwandlungundTransportEnergieverlustedurchReibung

bzw.SpannungsunterschiededurchinnereWiderständeauftreten.

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Entsorgung: -

Dieser Versuch ist gut als Einstiegsversuch geeignet, wenn thematisiert werden soll, wie

nutzbarer Strom erzeugt wird. Er ist aus einfachenMaterialien aufgebaut und kann auch

durchdasHinzufügenweitererPropellermodifiziertwerden. InsbesonderefüreineEinheit

zumThemaelektrischerStromwürdensichdafürderAufbauvonReihen-undParallelschal-

tungenanbieten,umdenZusammenhangvonStromstärkeundSpannungzuverdeutlichen.

Für den alternativen Versuchsaufbau mit Verwendung einer Glühlampe sollte darauf

geachtetwerden,dassdieseaucheineLeistunghat,diedurchdasWindradbereitgestellt

werdenkann.

3.2WassererhitzenmiteinemParabolspiegel(LV/SV)

IndiesemVersuchwerdenWasserprobeninSchnappdeckelgläsernvergleichweisenebenei-

nandererhitzt, indemeinStrahler füretwa25–30Minutenauf siegerichtetwird.Hinter

einemderSchnappdeckelgläserwirdeinParabolspiegelsoaufgestellt,dasssichderBrenn-

punktdesParabolspiegels imBereichdesSchnappdeckelglasesbefindet. IndiesemExperi-

mentsollendieSuS lernen,dasssichSonnenlichtdurchVerwendungeinesParabolspiegels

ineinemPunktkonzentrierenlässtunddadurcheinehöhereWärmeenergiefreigesetztwird.

Gefahrenstoffe- - -

Materialien: 2Schnappdeckelgläser,2Messzylinder,Alufolie,Kleber,Papprolle,

Strahler,kleinerTrichter,Wasser

Aufbau: IneinemAbstandvonetwa30cmwerdendieSchnappdeckelgläser

zentriertvordenStrahlergestellt.HintereinemderGläserwirdder

Parabolspiegelsopositioniert,dassderBrennpunktimInnerendes

Schnappdeckelglasesliegt.

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Durchführung: DiePapprollewird soaufgeschnitten,dass zweioffeneRollenbögen

entstehen.EinerderBögenwirdaufderInnenseitemitAluminiumfo-

liebeklebt.MitdenMesszylindernwerdenjeweils10mLWasserab-

gemessenundindieSchnappdeckelgläsergegeben.DieGläserdürfen

nicht verschlossen werden. Dann werden die Gläser wie oben be-

schriebenvordenStrahlergestellt,derselbstgebastelteParabolspie-

gelhintereinemGlaspositioniertundderStrahler füretwa25–30

Minutenangestellt.AnschließendwirddasWasserausdenSchnapp-

deckelgläsernwiederzurückindieMesszylindergegebenunderneut

gemessen.

Beobachtung: DasWasser,das indemGefäßvordemParabolspiegel stand,weist

eingeringeresVolumenaufalsdasandere.

Deutung: DasWasser, das vor dem Parabolspiegel positioniertwurde,wurde

durch an den Spiegelwänden reflektierte Strahlung stärker erhitzt.

Die Strahlung wird durch den Parabolspiegel auch in einem Punkt,

demBrennpunkt,konzentriert.

Entsorgung: -

Abbildung2:EinmitWassergefülltesSchnappdeckelglaswirdvordemgebasteltenParabolspiegel

positioniertundangestrahlt.DerMesszylinderdientzurBestimmungdesWasservolumens.

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Dieser Versuch kann auch als Schülerversuch durchgeführtwerden, da hier keineGefähr-

dungderSchülerdurchGefahrstoffebesteht.EbenfallskannderVersuchmiteinemindust-

riell gefertigten Parabolspiegel durchgeführt werden.Was die Ergebnisse noch deutlicher

stützenwürde.BeiVerwendungvonselbstgebasteltenParabolspiegeln istallerdingszube-

achten, dass einBrennpunkt jedochmeist nicht ideal erreichtwerden kann, dadie Krüm-

mungderRolleungleichmäßigistoderdieAlufolienichtgleichmäßiggenugaufgeklebtwur-

de.AuchdieAnbringungvonThermometernistdenkbar.DieSuSkönntendanndenTempe-

raturverlaufdereinzelnenGefäßegraphischauswerten.

4Schülerversuche

4.1Sonnenmühlen(SV)

Wird eine absolut stillstehende Sonnenmühle mit einem Strahler angeleuchtet, fängt sie

nacheinerWeilean,eineDrehbewegungauszuüben.IndiesemVersuchwirdmiteinerSon-

nenmühle sichtbar gemacht, dass Sonnenlicht eine energiereiche Strahlung ist, die in der

Lageist,schwarzeFlächenaufzuheizen.DieSuSsollenindiesemVersucherkennen,dassbei

einer Sonnenmühledas Licht vondermitAlufoliebeklebtenSeite reflektiertwirdunddie

schwarzeSeiteaufgeheiztwird.DadurchkommtesschließlichzueinerDrehbewegung.

Gefahrenstoffe- - -

Materialien: Aluminiumfolie, Streichholz, schwarzer Tonkarton, Klebstoff,

Schaschlikspieße,Bindfaden,2x800mL-Becherglas,Strahler

Aufbau: Aus schwarzem Tonkartonwerden Rechtecke von etwa 3,5 x 4 cm

geschnitten.NunwerdenzweiRechteckeaufbeidenSeitenmitAlu-

folie(VarianteI)odervierRechteckejeweilsaufeinerSeitemitAlufo-

lie(VarianteII)beklebt.DieRechteckewerdennunandieStreichhöl-

zer geklebt und getrocknet. Bei Variante I werden imWechsel ein

schwarzes und ein mit Alufolie beklebtes Rechteck, bei Variante II

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zweigleicheRechteckegegenüberliegendaufgeklebt,sodassdieFo-

lienseite inderDraufsicht stets linkssitzt.NunwirdamStreichholz-

kopfeinBindfadenfestgeklebt.DasandereEndedesFadenswirdum

einenSchaschlikspießgewickelt.

Abbildung3:EineSonnenmühlewirdineinemBecherglasaufgehängt

undvoneinemStrahlerangestrahlt.

Durchführung: DieSonnenmühlewirdmithilfederSchaschlikspieße frei imBecher-

glasschwebendaufgehängt.NunwirdeinStrahleraufdieBecherglä-

sergerichtetundetwafür5–7Minutengewartet.

Beobachtung: NachwenigenMinutenbeginntsichdieSonnenmühlezudrehen.Ein

UnterschiedzwischenVarianteIundVarianteIIistnichtfestzustellen.

Deutung: BeiderBestrahlungderSonnenmühlewerdenLichtstrahlenvonden

mitAlufoliebeklebtenFlügeln reflektiert.AndenschwarzenFlügeln

wird durch die eintreffende StrahlungWärme frei, die zu einer Er-

wärmung und Bewegung der unmittelbar umgebenden Luft führt,

sodassauchdieMühleinBewegungversetztwird.

Entsorgung: -

Literatur: [1]UnabhängigesInstitutfürUmweltfragen,ExperimentefürdieGrundschule,Klasse4–6,http://www.ufu.de/media/content/files/Fachgebiete/Klimaschutz/LehrerbildungEE/Experimentieranleitungen_Grundschule_20120910.pdf,2012;Sonnenmühle,S.12,zuletztaufgerufenam23.07.2016

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UnterschiedezwischenderselbsterstelltenVarianteIundVarianteIIsindkaumfestzustel-

len,dadieMühlenoftmalsnichtidealausgependeltundbefestigtsindundsichnichtineiner

idealgeschütztenUmgebungbefinden.Bei industriellgefertigtenSonnenmühlen,diemeist

ineinerGlaskugeleingeschlossensind,lässtsichallerdingsbeobachten,dassVarianteIInach

einergewissenZeiteineetwasschnellereDrehbewegungausführt.

4.2EffizienzeinerSolarzelleinAbhängigkeitvomWinkelderEinstrahlung(SV)

In Solarzellenwird Sonnenlicht (Strahlungsenergie) in elektrischeEnergieumgewandelt. In

diesemVersuch sollmit einer Solarzelle elektrische Energie gewonnenwerden, um einen

Propeller oder eine Lampe zu betreiben. Anschließendwird durch Drehung der Solarzelle

gezeigt,dassdieUmwandlungvonSonnenstrahlunginelektrischeEnergievomDrehwinkel

derSolarzellezurLichtquelleabhängt.

Materialien: Solarzelle, Lichtquelle, Multimeter, Windrad, Kabel, Drehwinkel-

schablone,Arbeitsblatt

Aufbau:

Abbildung4:AufbaudesStromkreisesausSolarzelle(rechts),MultimeterundWindrad

DieSolarzellewirdineinemfestenAbstandvon60cmvonderLicht-

quellesoaufdieDrehwinkelschablonegestellt,dassdie90°-Liniede-

ckungsgleich zur Oberflächennormalen verläuft. Auf der Verlänge-

rungderNormalenwirdauchdieLichtquelleausgerichtet.AndieSo-

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larzellewirddanndasWindradunddazuparalleldasMultimeteran-

geschlossen.

Durchführung: Die Solarzelle wird aus der Startposition heraus angeleuchtet. Das

Multimeterwirdals Spannungsmessgerätbetrieben.Derangezeigte

Wert fürdieauftretendeSpannungwirdaufgezeichnetund ineiner

TabellegegendenDrehwinkel(sieheGradzahlenaufderSchablone)

aufgetragen. Das Verhalten des Windrades wird ebenfalls notiert.

DanachwirddieSolarzelleineinemWinkelvon15°gedrehtunddie

oben beschriebenen Schritte erneut durchgeführt.Wenn der Dreh-

winkelvon90°erreichtoderüberschrittenwurdekannoptionalauch

eine Reflektionsfläche in die Nähe der Solarzelle gebracht werden.

DieBeobachtungwirdebenfallsnotiert.

Beobachtung: Die auftretende Spannunghängt vomDrehwinkel der Solarzelle zur

Lichtquelleab.DieSuSsollendasbeobachteteVerhaltenineinemJe-

desto-Satz notieren: Je größer der Drehwinkel der Solarzelle zur

Lichtquelleist,destogeringeristdiegemesseneSpannung(bzw.des-

tolangsamerdrehtsichdasangeschlosseneWindrad).

Deutung: GehtmanderEinfachheithalberdavonaus,dasseineLichtquelleein

BündelzueinanderparallelverlaufenderLichtstrahlenaussendet,das

einebestimmteBreitehat,dannkannzeichnerischdargelegtwerden,

dass die Anzahl der auf dieOberfläche der Solarzelle auftreffenden

LichtstrahlenmitgrößerwerdendemDrehwinkelgeringerwird.Dar-

aus folgt, dass die umgewandelte Strahlungsenergie ebenfalls mit

größerwerdendemDrehwinkelabnimmt.

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DieSuSkönntenebenfallsschließen,dassLichtstrahleneinerbestimmtenLichtquelleauch

einenspezifischenEnergiebetragaufweisen,dervonderArtderLichtquelleabhängt.Eben-

so lässt sichnachDurchführungdesoptionalenTeils ermitteln, dass Lichtstrahlen reflek-

tiertwerdenkönnenundsowiedervonderSolarzellezurUmwandlunginelektrischeEner-

gieaufgenommenwerdenkönnen.

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EffizienzeinerSolarzelleinAbhängigkeitvomWinkelderEinstrahlung

Material:

Solarzelle,Lichtquelle,Multimeter,Windrad,Kabel,Drehwinkelschablone

Aufbau:

1. StelledurchAnfertigungeinerSchalt-

skizze den Aufbau des vorgestellten

Schülerexperimentsdar.

Durchführung:

RichtedieSolarzelleaufderWinkelschabloneausundstrahlesiemitdemStrahleran.Trage

den angezeigtenWert für die auftretende Spannung in der Tabelle ein. Notiere auch das

VerhaltendesWindrades.DrehedanachdieSolarzelleineinemWinkelvon15°undnotiere

DeineMessergebnisseerneut.

Beobachtung:

2. ProtokolliereDeineBeobachtungundMessergebnissegemäßderVersuchsdurchfüh-

runginderuntenstehendenTabelleundstelledieErgebnissezeichnerischdar.

Drehwinkel gemesseneSpannungU[mV] BewegungdesWindrades

0°

15°

30°

45°

60°

75°

90°

>90°

Deutung:

3. WertetdieprotokolliertenErgebnisseausAufgabe2aus.StellteineVermutungdervon

EuchbeobachtetenAbhängigkeitaufunddiskutiertdieseinderKlasse.

14

Winkelschablone

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7DidaktischerKommentarzumSchülerarbeitsblatt

DasArbeitsblattsolldieSuSbeimAnfertigendesVersuchsprotokollsunterstützen.DieSuS

können zudemdasHauptaugenmerkaufdieDurchführungundBeobachtungbeimExperi-

mentieren legen.DieswirddurchdievorgegebeneStrukturdesArbeitsblattesunterstützt.

DerAufbaudesExperimentssolltedenSuSalsLehrerdemonstrationsexperimentvorgeführt

werden, sodass dieser dann übernommen, nachgebaut und in einer Schaltskizze notiert

werdenkann.

ZurBearbeitungderAufgabenaufdemgegebenenArbeitsblattsolltendieSuSbereitsüber

grundlegendeKenntnissevonStromkreisen,insbesonderevonReihen-undParallelschaltun-

gen verfügen. Das Erstellen einfacher Grafiken und Diagramme sollte ihnen ebenfalls aus

demMathematikunterrichtbekanntsein.

7.1Erwartungshorizont(Kerncurriculum)

FolgendeKompetenzenimThemenbereich„MagnetismusundElektrizität“(Physik)werden

durchdasArbeitsblattindenBereichenFachwissen,Erkenntnisgewinnung,Kommunikation

undBewertunggefördert:

Fachwissen: DieSuSerkenneneinfacheStromkreise,beschreibenihrenAuf-

bau und nennen die Hauptbestandteile. Sie fertigen einfache

SchaltskizzendesAufbausanundwenden ihreKenntnisseaus

demFachbereichElektrizitätan.(Aufgabe1)

Erkenntnisgewinnung: Die SuS beschreiben ihre Beobachtungen und protokollieren

die erhaltenen Messdaten tabellarisch. Versuchsabläufe und

Erkenntnissewerden vornehmlich inderAlltagssprachedisku-

tiert.Sieerkennenaber,dassdieStromstärkeeinMaßfürdie

proLadungsteilchenübertrageneEnergieist(Aufgabe2).

Kommunikation: InderAlltags-undUmgangssprachewerdenBeobachtungenzu

physikalischen Vorgängen und Zusammenhängen mitgeteilt.

(Aufgabe2)

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Bewertung: Die SuS zeigen die Bedeutung einfacher technischer Zusam-

menhängefürdenAblaufvonAlltagsphänomenenaufundver-

gleichendiesemiteinander.(Aufgabe3)

Aufgabe1: BeiAufgabe1handeltessichumeineAufgabeausdemAnforderungsbereichI.

DabeisollmitdenKenntnissenausdemThemenbereichElektrizitäteineeinfa-

cheSchaltskizzeerstelltwerden.EswirdbekanntesWissenangewendet.

Aufgabe2: InAufgabe2 sollendieMessungendesSchülerversuchsprotokolliertundmit

denBeobachtungenabgeglichenwerden.DieAufgabeistdaherAnforderungs-

bereichIzuzuordnen.DieAufgabenstellungführt jedochbereitszueinerDeu-

tunghin,diemiteigenenWortenformuliertundbeschriebenwerdensoll,um

sieanschließend inderKlassevorzustellen.EinegraphischeAuswertungdient

alsVeranschaulichung.DieseistebenfallsAufgabenbereichIzuzuordnen.

Aufgabe3: Aufgabe3dientvorrangigderErgebnissicherung.SiegehörtzumAufgabenbe-

reich III,dadieSuShierdievorher festgehaltenenMessergebnisseauswerten

und diskutieren sollen und eine Hypothese zur Abhängigkeit zwischen Dreh-

winkel zur Lichtquelle und gemessener Spannung aufstellen sollen.Dies kann

mithilfeeinesJe-desto-SatzeserfolgenundführtimweiterenSinneauchzuei-

nerBewertungvonSolarkraftanlagen.

7.2Erwartungshorizont(Inhaltlich)

Aufgabe1:

UWindrad

Solarzelle

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Aufgabe2:

Drehwinkel gemesseneSpannungU[mV] BewegungdesWindrades

0° 0,279 heftigeBewegung

15° 0,204 Windradbewegtsichsehrschnell

30° 0,142 Windradbewegtsichsehrschnell

45° 0,106 Windradbewegtsichmittelmäßig

schnell

60° 0,079 Windradbewegtsichlangsam

75° 0,047 Windradbewegtsichlangsamund

bleibtzwischenzeitigstehen

90° 0,0 Windradbewegtsichnicht

>90° 0,0 Windradbewegtsichnicht

DieSuS tragen ihreMessergebnisse indieTabelleein.DiesekönnenzumTeil

relativstarkvoneinanderabweichen.EssolltejedochstetsdergleicheTrendzu

erkennensein.

Aufgabe3: Je größer der Drehwinkel der Solarzelle ist, desto geringer ist die gemessene

Spannung(...,destogeringeristdieDrehzahldesangeschlossenenWindrades).

Die SuS stellen fest, dass sich in SolarkraftwerkeneinehöhereEffizienzerrei-

chenlässt,wenndieSolarzellennachderSonneausgerichtetwerdenkönnen.