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Einheit 5: Wie fließt die Elektrizität?

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Vorbereitungen

5a) Wie fließt die Elektrizität?

Die geplante Unterrichtszeit für die Einheit 5a beträgt ca. 45 Min.

Material (Menge je nach gewählter Sozialform - Angabe hier pro Gruppe)

  • Versuchsanordnung aus der Einheit 4c.
  • Zwei kleine Kompasse bzw. Kompassnadeln
  • evtl. kleinen Motor
  • Arbeitsblatt

Abbildungen

magnet_wirkung5
Abb. 1a: Detailansicht:
Die Magnetnadeln stehen bei offenem Stromkreis parallel zum Draht.

magnet_wirkung6
Abb. 1b: Detailansicht:
Die Magnetnadeln schlagen bei geschlossenem Stromkreis gleich weit und in die gleiche Richtung aus.

5b) Was fließt im Stromkreis?

oder: Im Stromkreis fließen Elektronen (Analogiebildung/Modellvorstellung)

Die geplante Unterrichtszeit für die Einheit 5b beträgt ca. 50 Min. Für diese Einheit empfiehlt sich eine Durchführung in der Turnhalle, im Schulhof oder in einem Klassenzimmer dessen Tische und Stühle an die Wand gerückt sind.

Eine spielerische Analogie zum Stromkreis

spiel

Auf einer größeren Fläche (Turnhalle, im Klassenzimmer/Tische auf die Seite geschoben) wird ein 'Stromkreis’ aufgebaut: Seile stellen die Drähte dar, ein Kriechtunnel das Lämpchen, eine Bodenmatte die Batterie. An die beiden Seiten des Kriechtunnels und der Matte werden Stühle gestellt, an denen die Seile angebunden sind. Durch Wegschieben eines oder mehrerer Stühle (Analogie zum Schalter, siehe nächste Einheit) kann wie beim Stromkreis die Verbindung unterbrochen und der Stromfluss unterbunden werden. Entlang der Seile, auf der Matte, im Kriechtunnel befinden sich Kinder. Am Seil halten sie sich fest. Wird der 'Stromkreis geschlossen’ (alle Stühle sind in 'Verbindung’ mit ihren Verbindungsstücken) setzen sich alle Kinder gleichzeitig in eine Richtung in Bewegung. (Vom Pluspol der Batterie aus gesehen in Richtung des Seiles zum Lämpchen). Das Seil lassen sie während des Gehens durch ihre Hände gleiten. Solange der 'Stromkreis’ geschlossen ist und sich alle Kinder im Kreis bewegen, hält ein Kind die zweiseitige Bildkarte (eine Seite: Zeichnung eines einfachen Lämpchens, andere Seite: Zeichnung eines leuchtenden Lämpchens) mit dem leuchtenden Lämpchen über den Kriechtunnel (das Lämpchen) um anzuzeigen, dass das Lämpchen leuchtet. Wird irgendwo die Verbindung unterbrochen (ein Stuhl mit Seil weg geschoben), bleiben alle Kinder stehen, die Bildkarte wird so gedreht, dass das einfache Lämpchen sichtbar wird. Werden die Anschlüsse an der Batterie vertauscht (umgepolt), bewegen sich die Kinder andersherum im Kreis.

Ergänzend kann die Veranschaulichung der magnetische Wirkung durch die Magnetnadeln gespielt werden: Vor und hinter dem Kriechtunnel stehen zwei Kinder. Bei offenem Stromkreis stehen sie mit einem ausgestreckten Arm parallel zur Seilrichtung. Wird der Stromkreis geschlossen, drehen sie sich mit dem weiterhin ausgestreckten Arm gleichweit nach außen, so wie sich die Magnetnadeln gedreht haben. Wird umgepolt, drehen sie sich nach innen.

Diese spielerische Analogie kann auch zu einer Einführung von Elektronen als winzigen Teilchen dienen, die sich im Draht entlang bewegen. Die Kinder entsprechen hierbei den Teilchen, aus denen die Elektrizität besteht. Da die Elektronenvorstellung für die hier in SUPRA angebotenen Unterrichtseinheiten keinen unmittelbaren Erklärungswert hat, sollte dieser Hinweis nicht im Sinne einer Empfehlung, sondern im Sinne einer Möglichkeit verstanden werden.

Material

  • 3 große, lange Seile oder farbige Markierungen am Boden der Turnhalle
  • leuchtfarbener Kriechtunnel und große, zweiseitige Bildkarte (eine Seite: Zeichnung eines einfachen Lämpchens, andere Seite: Zeichnung eines leuchtenden Lämpchens)
  • Alternativ: farbiger Turnreifen und farbige Tücher
  • Bodenmatte
  • 4 Stühle oder Markierungshütchen

Analoge Zuordnung

  • Seile/Fußbodenmarkierungen: Kabel/Stromleitungen
  • Kriechtunnel bzw. Reifen + zwei SchülerInnen: Lämpchen
  • Stühle oder Markierungshütchen: Schalter
  • Matte: Batterie
  • Alle (anderen) SchülerInnen der Klasse: Elektronen

Regeln

  • Die SchülerInnen laufen im Kabel /am Seil entlang im geschlossenen Stromkreis dicht hintereinander, durch die 'Batterie, durch das 'Lämpchen' (ganz schön eng im Tunnel!!!-> 'Glühwendendelversuch').
  • Das 'Lämpchen' leuchtet, solange Elektrizität fließt ('die 'Elektronen laufen'). Die zweiseitige Bildkarte wird entsprechend über dem 'Lämpchen' gedreht.
  • Wird der Stromkreis unterbrochen (ein Stuhl/ein Markierungshütchen wegbewegt), bleiben sofort alle stehen und das 'Lämpchen erlischt'!
  • In der 'Batterie' werden die 'laufenden Elektronen' 'angeschubst'.
  • Die 'Magnetnadeln' richten sich jeweils entsprechend aus.

Hinweis: Diese Unterrichtsidee verdanken wir einer unserer Studierenden (Herzlichen Dank an Frau Miriam Uhlmann!), der im Folgenden angegebenen Literatur (Herzlichen Dank an die KollegInnen in Würzburg!) und ergänzenden eigenen Überlegungen.

Literaturhinweis:
Grygier, P./Günther, J./Kircher, E. (Hrsg.):
Über Naturwissenschaften lernen. Vermittlung von Wissenschaftsverständnis in der Grundschule. Schneider Verlag Hohengehren, 2004.

Ggf. Zusätzliches Material
Abbildungen zu anderen Modellvorstellungen (z.B. Fahrradkette oder Wasserkreislauf).

Abbildungen

modell_wasserkreis

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