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| Doch von welchen Größen ist diese Induktionsspannung abhängig und was kann man mit dieser Induktionsspannung anfangen? Das wollen wir mit einer Reihe von Experimenten herausfinden. | | Doch von welchen Größen ist diese Induktionsspannung abhängig und was kann man mit dieser Induktionsspannung anfangen? Das wollen wir mit einer Reihe von Experimenten herausfinden. Die Experimente dürft ihr dabei selbst planen und durchführen. Als Hilfestellung findet ihr zu jedem Experiment die benötigten Materialien. |
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| {{Box|1. Fragestellungen| | | {{Box|Aufgabenstellung| |
| Von welchen Größen ist die Größe der Induktionsspannung abhängig?
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| |Frage}}
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| | Führt zu jedem von euch gewählten Experiment ein Versuchsprotokoll nach dem folgenden Schema: |
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| {{Box|Benötigte Materialien|
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| Für die folgenden Experimente benötigst du folgende Materialien:
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| [[Datei:Kennlinien Material.jpg|600px]]
| | Protokoll zum Experiment: |
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| 1 Steckbrett, Box 1: Grundschaltungen, 2 Multimeter, 6 Kabel, 1 Netzgerät; aus dem blauen Koffer: zwei Klemmen, Kontantan-Draht (blaue Rolle) und Kupferdraht (schwarze Rolle) | | '''1. Ziel des Experiments:''' Formuliert das Ziel eures Experiments. |
| |Lernpfad}}
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| | '''2. Vermutung:''' Notiert hier eure Vermutungen, von welchen Größen die induzierte Spannung abhängig sein könnte. |
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| {{Box|Vorwissen auffrischen|Du musst für den folgenden Versuch wissen, wie man den Strom und die Spannung an einem Bauteil messen kann. Falls du das nicht mehr weißt, hilft dir dieses Video:
| | '''3. Aufbau:''' Beschreibt den grundlegenden Versuchsaufbau eures Experiments, z.B. auch mit Hilfe einer aussagekräftigen Skizze. Wenn ihr den Aufbau in verschiedenen Teilversuchen verändert, beschreibt auch stichpunktartig die Veränderungen, die ihr vornehmen wollt und kennzeichnet diese z.B. mit a), b), c)…, um später darauf Bezug nehmen zu können. |
| {{#ev:youtube|ZRJX8Rs-mJI}}
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| In unseren Versuchen können wir sowohl zur Messung der Spannung, als auch zur Messung der Stromstärke das gleiche Gerät benutzen: Das Multimeter. Du musst es nur für die Spannungsmessung und für die Strommessung jeweils unterschiedlich in den Stromkreis einbauen und die korrekte Einstellung vornehmen. Prüfe dein Wissen mit dem Quiz:
| | '''4. Beschreibung der Durchführung:''' Beschreibt die Durchführung eurer Experimente knapp und übersichtlich. |
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| Was misst du, wenn du das Messgerät auf den jeweils angegebenen Bereich einstellst?
| | '''5. Messergebnisse:''' Notiert übersichtlich eure Beobachtungen. |
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| {{LearningApp|app=pka4gbtj522|width=100%|height=500px}}
| | '''6. Auswertung:''' Formuliert auf der Grundlage eurer Versuchsergebnisse Je-desto-Aussagen über die Abhängigkeit der Induktionsspannung von verschiedenen Größen. |
| | |Üben}} |
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| |Unterrichtsidee}}
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| | {{Box|1. Fragestellung| |
| | Von welchen Größen ist die Induktionsspannung abhängig? |
| | |Frage}} |
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| {{Box|2. Aufbau|Baue den Versuch wie auf dem Foto abgebildet auf. Überlege dir, wie du gleichzeitig die Stromstärke durch den Draht und die am Draht abfallende Spannung messen kannst! Erstelle einen beschrifteten Schaltplan auf dem Arbeitsblatt rechts neben dem Foto (Schaltzeichen für den Draht ist bereits vorgegeben). | | {{Box|[[Klasse 10: Erzeugung von Induktionsspannungen/Experiment 1: Induktionsspannung in Leiterschlaufen|Experiment 1: Induktionsspannung in Leiterschlaufe]]n| |
| | Für das Experiment benötigst du folgende Materialien: |
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| [[Datei:Kennlinien Aufbau.jpg|600px]]
| | U-Kern, 1 Aufstellplatte für den U-Kern, 2 Blockmagnete, 1 Voltmeter, lange Verbindungsleitungen |
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| | [[Datei:Induktion Material 1.png|500px]] |
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| | |Lernpfad}} |
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| {{Box|Lösung: Schaltbild|2=
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| {{Lösung versteckt|
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| | {{Box|[[Klasse 10: Erzeugung von Induktionsspannungen/Experiment 2: Induktionsspannung in der Spule|Experiment 2: Induktionsspannung in der Spule]]| |
| | Für das Experiment benötigst du folgende Materialien: |
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| [[Datei:Kennlinien Schaltbild.png|400px]]
| | · Steckplatte |
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| |Lösung anzeigen|Lösung verbergen}}
| | · Multimeter mit zwei Kabeln |
| |3=Lösung}}
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| Baue den Versuch nach deinem Schaltplan auf (du musst dafür einen Baustein austauschen). Verwende zunächst den blauen Draht (Konstantan). Überprüfe, ob die Messgeräte auf die richtigen Messbereiche eingestellt sind, bevor du weitermachst.
| | · Box 1: 2 Ecken, 2 Endstücke zum Anschluss des Voltmeters) |
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| {{Box|Lösung: Aufbau|2=
| | · Box 3: Leitung Spule |
| {{Lösung versteckt|
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| Achte darauf, dass die Messgeräte richtig angeschlossen sind (unterschiedliche Ausgänge für Strom- und Spannungsmessung!) und dass du die Messbereiche an den Messgeräten richtig einstellst. Hier werden Stromstärken über 200mA gemessen, deshalb muss der Messbereich auf 10A eingestellt werden.
| | · Blauer Koffer: Spulen mit 500 und 1000 Windungen, Stabmagnet, Eisenstab |
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| [[Datei:Kennlinien Aufbau Messung.jpg|600px]]
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| |Lösung anzeigen|Lösung verbergen}} | | [[Datei:Induktion Spule Material 2.png|500px]] |
| |3=Lösung}}
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| |Experimentieren}} | | |Lernpfad}} |
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| {{Box|3. Durchführung|(1) Welche Größe musst du im Experiment messen? | | {{Box|[[Klasse 10: Erzeugung von Induktionsspannungen/Experiment 3: Induktionsspannung in der Spule Teil 2: Durch Spule erzeugtes Magnetfeld|Experiment 3: Induktionsspannung in der Spule Teil 2: Durch Spule erzeugtes Magnetfeld]]| |
| | Für das Experiment benötigst du folgende Materialien: |
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| (2) Welche Größe veränderst du im Experiment?
| | · alles aus Experiment 2, außer Magnet |
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| Beschreibe in Worten, wie du den Versuch durchführen wirst.
| | · Netzgerät mit zwei Kabeln, das anstelle des Multimeters in den Stromkreis eingebaut wird |
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| {{Box|Lösung: Durchführung|2=
| | · gemessen wird die Induktionsspannung in der zweiten Spule |
| {{Lösung versteckt|
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| (1) Welche Größe musst du im Experiment messen? -->Die Stromstärke I
| | |Lernpfad}} |
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| (2) Welche Größe veränderst du im Experiment? -->Die Spannung U
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| Beschreibung der Durchführung:
| | {{Box|[[Klasse 10: Erzeugung von Induktionsspannungen/Experiment 4: Wirkung des Induktionsstroms|Experiment 4: Wirkung des Induktionsstroms]]| |
| | Für das Experiment benötigst du folgende Materialien: |
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| Die Spannung an der Spannungsquelle wird in gleichmäßigen Schritten erhöht und die Stromstärke in Abhängigkeit von der Spannung gemessen. Die Werte für Spannung und Stromstärke werden in die Tabelle eingetragen.
| | aus dem blauen Koffer: |
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| |Lösung anzeigen|Lösung verbergen}}
| | · Spule 1000 Windung |
| |3=Lösung}}
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| |Experimentieren}}
| | · Stabmagnet |
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| | · Eisenkern |
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| | · Halterung für Glühlampe (blau) |
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| {{Box|4. Messergebnisse|Trage deine Messergebnisse in die Tabelle auf dem Arbeitsblatt ein.
| | · Glühbirne 1,5 V |
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| {{Box|Lösung: Messergebnisse eintragen|2=
| | [[Datei:Induktion Wirkung Induktionsstrom Material 4.png|500px]] |
| {{Lösung versteckt|
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| Beachte, dass deine Werte leicht abweichen können.
| | |Lernpfad}} |
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| [[Datei:Kennlinien Messreihen.jpg|600px]]
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| |Lösung anzeigen|Lösung verbergen}} | | {{Box|Das Induktionsgesetz| |
| |3=Lösung}}
| | Die Beobachtungen in den verschiedenen Experimenten können alle mit dem Induktionsgesetz, einem wichtigen Grundgesetz der Physik, erklärt werden. |
| | Hier findest du ein Quiz zum Induktionsgesetz: |
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| | {{LearningApp|app=pcy4wymjn22|width=100%|height=600px}} |
| |Üben}} | | |Üben}} |
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| {{Box|5. Auswertung|Trage die Messwerte für jedes untersuchte Bauteil in ein U-I-Diagramm ein, d. h. du trägst die Spannung U nach rechts und die Stromstärke I nach oben auf. Zeichne jetzt eine ausgleichende Kurve (Kennlinie) in jedes Diagramm ein; die Kurve soll Messungenauigkeiten „ausgleichen“, indem sie sinnvoll „zwischen“ den Kreuzchen im Diagramm verläuft und den Verlauf der Kreuzchen gut widerspiegelt.
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| {{Box|Lösung: Kennlinie Konstantan|2=
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| {{Lösung versteckt|
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| Beachte, dass deine Werte leicht abweichen können.
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| [[Datei:Kennlinie Konstantan.jpg|600px]]
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| |Lösung anzeigen|Lösung verbergen}}
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| |3=Lösung}}
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| {{Box|Lösung: Kennlinie Kupfer|2=
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| {{Lösung versteckt|
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| Beachte, dass deine Werte leicht abweichen können.
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| [[Datei:Kennlinie Kupfer.jpg|600px]]
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| |Lösung anzeigen|Lösung verbergen}}
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| |3=Lösung}}
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| Suche dir für jedes Bauteil drei verschiedene Werte für die am Bauteil abfallende Spannung U heraus, lies die zugehörige Stromstärke I mithilfe der Kurve ab und berechne den Widerstand R des Bauteils für jeden Spannungswert.
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| {{Box|Lösung: Widerstandswerte|2=
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| {{Lösung versteckt|
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| Beispielwerte (Ablesepunkte sind in den Diagrammen oben durch Kreise markiert):
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| Konstantan (links), Kupfer (rechts); Widerstandswerte in Ohm
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| [[Datei:Kennlinien Widerstände.jpg|800px]]
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| |Lösung anzeigen|Lösung verbergen}}
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| |3=Lösung}}
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| Was kannst du über den Widerstand der Bauteile aussagen? Formuliere deine Ergebnisse:
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| {{Box|Lösung: Formulierung der Erkenntnisse|2=
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| {{Lösung versteckt|
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| In beiden Fällen nimmt die Intensität der Elektronenströmung (I) mit zunehmender Spannung U zu.
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| Im ersten Fall (Konstantan) liegen die Messwerte sogar auf einer Ursprungsgeraden. Aus der Mathematik wissen wir: Die Elektronenströmung ist damit direkt proportional zur Spannung U. Wenn sich die Spannung verdoppelt, verdoppelt sich damit auch die Intensität der Elektronenströmung usw. Der Quotient aus Spannung und Stromstärke ist hier konstant. Der Quotient ist der Widerstand des Drahtes. Der Widerstand von Konstantan bleibt also konstant (daher der Name).
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| Für Kupfer liegen die Messwerte nicht auf einer Ursprungsgeraden. Der Widerstand von Kupferdraht nimmt mit zunehmender Spannung zu: Mit zunehmender Spannung und damit Stromstärke steigt auch die Temperatur im Kupferdraht. Bei höherer Temperatur schwingen die Atomrümpfe im Draht stärker hin und her und die Elektronen können den Draht nicht mehr so gut passieren. Der Widerstand im Draht steigt mit zunehmender Temperatur an.
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| |Lösung anzeigen|Lösung verbergen}}
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| |3=Lösung}}
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| |Üben}}
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| {{Box|Lernvideo zur Auswertung und Ohm'sches Gesetz|Wenn man Kupferdraht in Wasser taucht, ändert sich die Temperatur im Kupferdraht mit zunehmender Stromstärke nicht. Kupferdraht unter Wasser zeigt also das gleiche Verhalten wie Konstantan in unserem Experiment. In diesem Lernvideo von Wolfgang Lutz ist dieses Experiment und seine Auswertung erklärt:
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| Videolink: [https://tetfolio.fu-berlin.de/tet/1713863 Lernvideo (fu-berlin.de)]
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| |Unterrichtsidee}}
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