Für die folgenden Experimente benötigst du folgende Materialien:
1 Steckbrett, 1 Box 1: Grundschaltungen.
1. Bauteile kennenlernen
Ordne den Fotos der Bauteile jeweils ihre Funktion im Stromkreis zu.
Lösung zum Arbeitsblatt
2. Einfache Stromkreise nachbauen:
Baue die folgenden auf unterschiedliche Arten dargestellten Schaltungen nach.
a) Glühlampe:
b) Taschenlampe:
Hinweis: Stelle jede der abgebildeten Batterien durch eine separate Spannungsquelle (3V) dar.
c) Umschalter
Lösung
a) Glühlampe
b) Taschenlampe
Da zwei Batterien (eigentlich vier) in einer Reihe vorkommen, nennt man dies eine "Reihenschaltung" von Batterien.
c) Umschalter
Da zwei Lampen parallel durch dieselbe Batterie betrieben werden, nennt man dies eine "Parallelschaltung" von Lampen.
3. Schaltbilder zeichnen:
Zeichne auch die Schaltbilder zu den ersten beiden aufgebauten Schaltungen.
a) Glühlampe b) Taschenlampe
Lösung
a) Glühlampe:
b) Taschenlampe:
4. Anwendungen aus dem Alltag mit zwei Schaltern
Suche dir eine der drei Alltagsanwendungen aus und bearbeite die Aufgaben für deine Anwendung. Die Schwierigkeit der Anwendungen steigt. Wähle für jede Anwendung eine Glühlampe zur Darstellung des elektrischen Geräts.
Anwendung 1: Mikrowelle
Eine Mikrowelle darf nur angehen, wenn die Tür geschlossen ist (Schalter 1 muss also geschlossen sein) und außerdem der Start-Knopf gedrückt wird (Schalter 2 muss geschlossen sein). So wird verhindert, dass die Mikrowellenstrahlung in den Wohnraum gelangt und dir schaden kann.
Durch Klicken auf die Schalter in der Simulation können diese geschlossen werden.
Schaltbild:
Schaltung aufbauen:
Baue die Schaltung nun auf. Leihe dir einen zweiten normalen Schalter von einem anderen Experimentierkasten oder verwende einfach einen Umschalter für den zweiten Schalter. Wenn du etwas ausleihst, lege es direkt danach wieder in den richtigen Kasten zurück.
Lösung
Falls du nur einen Experimentierkasten benutzt hast, sieht es so aus:
Funktionsweise der Schaltung notieren:
Fülle die folgende Tabelle mit Hilfe eurer Schaltung aus. „0“ steht in den Spalten S1 und S2 für „Schalter offen“, in der Spalte L für „Lämpchen leuchtet nicht“. „1“ steht in den Spalten S1 und S2 für Schalter geschlossen, in Spalte L für Lämpchen leuchtet.
Schaltung überprüfen:
Prüft mit Hilfe der ausgefüllten Tabelle, ob eure Schaltung die Anforderungen im Text erfüllt. Ergänzt nun den Text zur Funktion eurer Anwendung.
Ergänze: Die Mikrowelle ist in Betrieb, wenn man den Schalter 1 ___________________________________________________.
Lösung
Die Mikrowelle ist in Betrieb, wenn man den Schalter 1 und den Schalter zwei schließt.
Diese Schaltung nennt man deshalb auch Und-Schaltung.
Anwendung 2: Klingelschaltung mit zwei Schaltern
Die Türklingel von Lisas Wohnung soll unabhängig voneinander von zwei Schaltern aus betätigt werden können: Unten von der Haustür des Mehrfamilienhauses aus und unmittelbar von der Wohnungstür aus.
Aufgaben Klingelschaltung
Schaltung entwickeln:
Entwickle für die Anwendung eine Schaltung mit Hilfe einer Simulationssoftware. Zeichne anschließend das passende Schaltbild auf dein Arbeitsblatt.
Du kannst die beiden Schalter entweder hintereinander anordnen (so wie die Batterien in 2b) oder parallel zueinander anordnen (so wie die Glühlampen in 2c). Nur eine der beiden Varianten liefert die gewünschte Lösung.
Lösung
Die Schalter in der Simulation können per Mausklick geschlossen werden.
Schaltbild:
Schaltung aufbauen:
Baue die Schaltung nun auf. Du benötigst zusätzlich zu deiner Experimentierkiste noch eine weitere Ecke und einen zweiten normalen Schalter. Leihe dir diese kurz von einem anderen Kasten und lege sie direkt danach wieder zurück.
Variante mit einer Box: Ersetze das fehlendes Eck-Teil und den zweiten normalen Schalter jeweils durch einen Umschalter.
Lösung
Aufbau mit einer Box:
Funktionsweise der Schaltung notieren:
Fülle die folgende Tabelle mit Hilfe eurer Schaltung aus. „0“ steht in den Spalten S1 und S2 für „Schalter offen“, in der Spalte L für „Lämpchen leuchtet nicht“. „1“ steht in den Spalten S1 und S2 für Schalter geschlossen, in Spalte L für Lämpchen leuchtet.
Schaltung überprüfen:
Prüft mit Hilfe der ausgefüllten Tabelle, ob eure Schaltung die Anforderungen im Text erfüllt. Ergänzt nun den Text zur Funktion eurer Anwendung.
Ergänze: Die Klingel ist in Betrieb, wenn man den Taster 1 ___________________________________________________.
Lösung
Die Klingel ist in Betrieb, wenn man den Taster 1 oder den Taster 2 drückt.
Diese Schaltung nennt man deshalb auch Oder-Schaltung.
Anwendung 3: Lampenschaltung (schwierig)
Eine Lampe in Lisas Kinderzimmer soll sowohl von ihrer Zimmertür aus als auch von ihrem Bett aus betätig werden können. Die Lampe muss hier also nicht am selben Ort ausgeschaltet werden, an dem man sie eingeschaltet hat.
Aufgaben Lampenschaltung
Schaltung entwickeln:
Zeichne ein Schaltbild für die beschriebene Schaltung.
Durch die beiden Umschalter wird im Stromkreis eine Verzweigung geschaffen. Beide Zweige des Stromkreises kommen an den beiden Umschaltern wieder zusammen.
So sieht das Schaltbild eines solchen Umschalters aus:
Lösung
Schaltung aufbauen:
Baue die Schaltung nun auf. Du benötigst zusätzlich zu deinem Experimentierkasten zwei weitere Ecken aus einem anderen Kasten. Lege sie direkt nach dem Experiment wieder in den richtigen Kasten zurück.
Variante mit einem Kasten: Du kannst die fehlenden Ecken auch durch T-förmige Verzweigungen ersetzen.
Lösung
Variante mit einem Kasten:
Funktionsweise der Schaltung notieren:
Fülle die folgende Tabelle mit Hilfe eurer Schaltung aus. „0“ steht in den Spalten S1 und S2 für „Schalter oben“, in der Spalte L für „Lämpchen leuchtet nicht“. „1“ steht in den Spalten S1 und S2 für Schalter unten, in Spalte L für Lämpchen leuchtet.
Schaltung überprüfen:
Prüft mit Hilfe der ausgefüllten Tabelle, ob eure Schaltung die Anforderungen im Text erfüllt. Ergänzt nun den Text zur Funktion eurer Anwendung.
Ergänze: Wenn man einen Schalter betätigt, ___________________________________________________.
Lösung
Wenn man einen Schalter betätigt, wechselt der Zustand der Lampe von "an" zu "aus" und umgekehrt.
Diese Schaltung nennt man deshalb auch Wechsel-Schaltung.
5. Schaltungen benennen
Für Schnelle: Lies dir auch die Texte zu den anderen beiden Anwendungen durch. Ziehe dann die Schaltbilder und Namen der Schaltungen rechts auf die passenden Haushaltsanwendungen.
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