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Einheit 4: Wirkungen der Elektrizität

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Ziele der Einheit

Bei der Einheit 4 empfiehlt sich eine Aufteilung in die folgenden drei 'Module':

4a) Elektrizität hat verschiedene Wirkungen

4b) Wir untersuchen die Wärmewirkung des elektrischen Stromes

4c) Elektrischer Strom hat eine magnetische Wirkung

 


4a) Elektrizität hat verschiedene Wirkungen

Die geplante Unterrichtszeit für die Einheit 4a beträgt ca. 30 Min.

Lernziele

Die SchülerInnen

  • lernen folgende Wirkungen des elektrischen Stromes kennen: Wärme -> Licht, magnetische Wirkung -> Bewegung;
  • benennen elektrische Geräte;
  • unterscheiden diese hinsichtlich der Wirkung, die mit dem elektrischen Strom verknüpft sind;
  • ordnen die Geräte den Wirkungen zu.

Didaktisch-methodischer Kommentar
Elektrischen Strom sieht, hört und riecht man nicht. Er ist substanzlos und nur über seine Wirkungen erfahrbar. Die Wärmewirkung gehört dabei (neben Licht, Bewegung und Elektromagnetismus) zu den täglichen Normalitäten, die die Menschen schätzen gelernt haben. Es wird an bereits Bekanntes angeknüpft. Der Aufbau eines einfachen Stromkreises, die Benennung eines Kurzschlusses, später die Reihen- und Parallelschaltung, sind inhaltliche Voraussetzungen für diese Unterrichtseinheit. Die Hinführung über einen Kurzschluss (glühende Stahlwolle) ist zielführend. Anschließend knüpfen die SchülerInnen an ihr Vorwissen und ihre Alltagserfahrungen an, indem sie elektrische Geräte benennen, die Wärme erzeugen. Dabei kann man ggf. zusätzlich einen kurzen 'Exkurs' zur Bedeutung der Elektrizität im Alltag machen, indem man z.B. Gasherd und Elektroherd miteinander vergleicht. Das zweite Lehrerexperiment sollten auf keinen Fall die Kinder selbständig durchführen, da viele Batterien benötigt werden und die auftretende Stromstärke nicht ganz ungefährlich ist. An dieser Stelle kann bereits ein Hinweis auf die Gefährlichkeit des elektrischen Stromes und damit ein Ausblick auf eine folgende Einheit gegeben werden.

4b) Wir untersuchen die Wärmewirkung des elektrischen Stromes

Die geplante Unterrichtszeit für die Einheit 4b beträgt ca. 45 Min.

Die SchülerInnen

  • beobachten einen Lehrerversuch, bei dem ein sehr dünner Draht zum Glühen gebracht wird;
  • verbalisieren ihre Beobachtung und ihr Vorwissen, dass in der Versuchsanordnung ein Kurzschluss erzeugt wurde;
  • aktivieren ihre Vorerfahrungen zur Wärmewirkung des elektrischen Stromes;
  • führen in Gruppenarbeit einen Schülerversuch durch, in dem sie einen stromdurchflossenen Draht um ein Thermometer wickeln und erkennen, dass elektrischer Strom Wärme erzeugt;
  • lesen den Temperaturansteig von der Messskala ab;
  • beobachten zwei weitere Demonstrationsversuche zur Erwärmung des Drahtes bei fließender Elektrizität; dabei stellen sie fest, dass
    • sich der Draht erwärmt und nach einiger Zeit zu glühen beginnt, wenn genügend Batterien angeschlossen sind;
    • der Draht sich schneller erwärmt bzw. schneller glüht, wenn er spiralförmig gewickelt ist.

optional:

  • schlussfolgern, dass die Glühwirkung (Leuchtwirkung) durch die gegenseitige Erwärmung des einzelnen Drahtwicklungen entsteht;
  • schlussfolgern, dass die Lichtwirkung eine Folge der Wärmewirkung ist.
  • übertragen ihr Erkenntnisse auf ein Lämpchen, indem sie:
    • ein Lämpchen genauer untersuchen;
    • die Teile des Lämpchens benennen;
    • feststellen, dass die Glühwendel spiralförmig gewickelt ist.

4c) Elektrischer Strom hat eine magnetische Wirkung

Die geplante Unterrichtszeit für die Einheit 4c beträgt ca. 60 Min.

Die SchülerInnen

  • wiederholen, dass eine Kompassnadel sich in einem Magnetfeld ausrichtet;
  • führen Schülerversuche in Gruppenarbeit durch, in denen folgende Feststellungen gemacht werden:
    • Eine Kompassnadel, die in der Nähe eines stromdurchflossene Leiters steht, schlägt aus.
    • Elektrischer Strom hat also eine magnetische Wirkung.
    • Wenn mehr Elektrizität fließt, das Lämpchen heller leuchtet, schlägt die Kompassnadel stärker aus.
    • Wenn die Anschlüsse an der Batterie vertauscht werden, schlägt die Kompassnadel in die andere Richtung aus.

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