2 Wie arbeite ich mit diesem Buch? Geräte und Gefahren 5 Forschen – Finden – Ausprobieren 5 55 54 Autofrachter brennt – Sorge vor Umweltkatastrophe So titelten einige Zeitungen und Fernsehsender am 26.7.2023. In der Nacht zuvor kam es am Frachtschiff „Fremantle Highway“, kurz vor der niederländischen Küste, zu einem Fahrzeugbrand. Der Frachter hatte nämlich über 3 000 Autos geladen. Ca. 500 davon sollen Elektroautos gewesen sein. Obwohl Rettungskräfte und Löschfahrzeuge sofort zum Unglücksort eilten, konnte das Feuer erst nach einer Woche gelöscht und das Schiff sicher an einen Hafen in den Niederlanden geschleppt werden. Die Umweltkatastrophe konnte abgewendet werden. Recherchiere! Tipp: Verwende unterschiedliche Quellen. Eine verlässliche Quelle liefert wissenschaftliche Argumente und belegt diese mit anderen Quellen. Welche Auswirkung hätte dieser Unfall auf die Umwelt haben können, wenn das Schiff gesunken wäre? Wenn Lithium-Ionen-Akkus zu brennen beginnen, ist besondere Vorsicht geboten. Warum ist das so? Was ist beim Löschen eines brennenden Akkus zu beachten? Wie solltest du handeln, wenn dein Elektroauto in Brand gerät? Brennen Elektroautos öfter oder leichter als Autos mit Verbrennungsmotoren? Recherchiere zu diesem Thema. Lies gefundene Artikel kritisch. Formuliere deine persönliche Meinung über die Gefährlichkeit von Elektroautos. Diskutiert über das Thema in der Gruppe. Diskussionsleitung Du achtest darauf, dass deine Gruppenmitglieder sich gegenseitig aussprechen lassen, einander zuhören, sich an Gesprächsregeln halten und höflich bleiben. Sollte das Gespräch nicht in Gang kommen, kannst du den einzelnen Mitgliedern auch Fragen stellen. Rollenspiel: Mutprobe Trainhopping? Bei einem Rollenspiel versetzt du dich in die Lage eines anderen Menschen und versuchst, aus dessen Sicht ein Problem zu besprechen und Argumente zu finden. 1. Bildet eine Gruppe aus sechs Personen und verteilt die Rollen unter euch. 2. Lies deine Rolle aufmerksam und allein durch. 3. Sammle Argumente, die zu deiner Rolle passen und deinen Standpunkt unterstreichen. 4. Komm zurück in die Gruppe und startet die Gruppendiskussion. Die Personen: Martin Vorsicht besorgter Vater, 45 Jahre Du hast deinen Sohn bei so einer dummen Aktion verloren. Nur um Likes zu bekommen hat er sich dieser Gefahr ausgesetzt und mit dem Leben bezahlt. Es kann so schnell gehen. Du möchtest weitere Jugendliche unbedingt vom Trainhopping abhalten. Silvija Schnell Polizistin, 34 Jahre Immer wieder erwischst du Jugendliche, die auf Bahngelände eindringen und versuchen auf den Zug zu klettern. Du beobachtest diese Situationen mit Sorge, denn immerhin kann sehr viel passieren. Von einer einfachen Anzeige, über eine Jugendstrafe, bis hin zum Tod. Du findest diese „Mutprobe“ gefährlich und unverantwortlich. Paul Schüler, 14 Jahre Du selbst würdest nie auf einen Zug steigen, das findest du zu gefährlich. Aber Jakob unterstützt du dabei. Immerhin hilfst du ihm beim Pflegen seines Action-Accounts. Er soll ja einmal groß rauskommen. Jessica Freundin von Jakob, 15 Jahre Das Hobby deines Freundes kannst du überhaupt nicht verstehen. Er setzt sich immer wieder größten Gefahren aus. Weil er damit einmal berühmt werden will, eifert er den bekanntesten Starts nach und postet Mutproben in seinem Social-Media-Account. Du findest, dass das alles keine Zukunft hat und er sich vernünftigen Dingen zuwenden sollte. Immerhin möchtest du ihn noch länger als Freund haben und ihn nicht verlieren. Jakob Schüler, 15 Jahre Du bist leidenschaftlicher Trainhopper. Was soll denn schon passieren? In den sozialen Medien sieht man immer wieder Jugendliche, die auf Zügen tanzen, springen und „coole Moves“ zeigen. Der Zug selbst leitet ja gar keinen elektrischen Strom und die Leitungen sind sowieso zu weit weg. Meine Argumente: Erarbeitungs-Doppelseite 3 Widerstände und Schaltungen 3 Digitales Zusatzmaterial g2gi7c 27 26 Der elektrische Widerstand Widerstände und Schaltungen Im Skatepark meint Zoltan: „Schon komisch, das Licht geht immer dann an, wenn es zu dämmern beginnt. Ich würde das nicht schaffen, die Lampen so genau aufzudrehen.“ „Ist das dein Ernst?“, meint Samir, „Das geht doch ganz von allein!“ Wie das funktioniert und was das mit dem elektrischen Widerstand im Stromkreis zu tun hat, erfährst du in diesem Kapitel. Leiter und Nichtleiter Jedes Material hat einen gewissen elektrischen Widerstand, der den elektrischen Strom bremst. Leiter haben einen besonderen Atomaufbau: Sie bestehen einerseits aus unbeweglichen Atomrümpfen, das sind die Atomkerne und die an sie gebundenen Elektronen. Andererseits bestehen sie aus frei beweglichen Elektronen (das Elektronengas). Sie sind im gesamten elektrischen Stromkreis gleichmäßig verteilt. Bei guten Leitern (zB Kupfer) sind die Atomrümpfe so angeordnet, dass die Elektronen nur selten mit ihnen zusammenstoßen. Sie haben einen kleinen elektrischen Widerstand (B1). Sammelt gemeinsam Beispiele, bei denen es wichtig ist, dass elektrischer Strom besonders gut geleitet wird. Bei Leitern mit einem großen elektrischen Widerstand (zB Wolfram) sind die Atomrümpfe unregelmäßig angeordnet. Die strömenden Elektronen stoßen oft mit den Atomrümpfen zusammen (B2). Dadurch erhöht sich auch die Temperatur des Leiters. Bei Nichtleitern (zB Kunststoff) sind alle Elektronen fest an die Atomrümpfe gebunden. Sie haben einen so großen elektrischen Widerstand, dass durch sie kein elektrischer Strom fließen kann (B3). Nichtleiter werden auch Isolatoren genannt. Wo kommen Isolatoren zum Einsatz? Besprecht in Kleingruppen, wo es besonders wichtig ist, dass elektrischer Strom nicht fließen kann. ï ï Baue einen einfachen Stromkreis mit der Batterie und dem Lämpchen. Baue zwischen Batterie und Lämpchen aber 2 Kabel ein (siehe Bild). Schließe nun an die beiden Kabel verschiedene Gegenstände an. Welche Gegenstände bringen das Lämpchen zum Leuchten? Wie hell leuchtet das Lämpchen? Notiere deine Ergebnisse und stelle sie übersichtlich (zB in einer Tabelle) dar. V1 Welche Materialien leiten den elektrischen Strom? Materialien Batterie (max. 6 V) Lämpchen 3 Kabel unterschiedliche Gegenstände (Schere, Radiergummi, Füllfeder, Büroklammer, …) Ob und wie gut ein Material den elektrischen Strom leitet, hängt von seiner Atomstruktur ab. Es gibt gute Leiter, Leiter mit großem Widerstand und Nichtleiter. Wie wirken Widerstände im elektrischen Stromkreis? Wie du bereits gelernt hast, hat jeder Leiter und jedes elektrische Bauteil einen bestimmten elektrischen Widerstand, der die Elektronenströmung beeinflusst. In elektrischen Stromkreisen setzt man aber auch gezielt Widerstände ein, um die Intensität der Elektronenströmung (die elektrische Stromstärke) zu beeinflussen. Das Maß für diese Behinderung der Elektronenströmung ist der Widerstandswert R. Er wird in Ohm(Ω) angegeben. Ein Widerstandswert von 1 Ω bedeutet, dass 1V Spannung notwendig ist, um die Stromstärke von 1A durch den Widerstand zu verursachen. Je nach Funktion unterscheidet man verschiedene Arten von Widerständen: Festwiderstände (B4) werden in elektronischen Geräten verwendet, um sie vor zu großer Stromstärke zu schützen. Veränderbare Widerstände haben keinen festen Widerstandswert. Die Größe ihres Widerstandswerts ist durch einen bestimmten Einfluss abhängig. Sie können mechanisch durch Drehen oder Schieben verändert werden (B5) oder sie reagieren auf äußere Einflüsse. Lichtempfindliche Widerstände zB reagieren auf Lichtverhältnisse. Man verwendet sie bei Dämmerungsschaltern, um bei einsetzender Dämmerung eine Beleuchtung zu aktivieren. Auch in der Tontechnik werden veränderbare Widerstände eingesetzt. Recherchiere im Internet, wobei. Der Widerstandswert R gibt an, wie stark die Elektronenströmung im elektrischen Stromkreis behindert wird. Er wird in Ohm (Ω) angegeben. Bei konstanter Spannung U gilt: Je größer der Widerstandswert R, desto kleiner die Stromstärke I. ï Spannung, Stromstärke und Widerstand im elektrischen Stromkreis hängen auf bestimmte Weise zusammen. Untersucht den Zusammenhang mit diesem Versuch. Baut den Versuch wie im Bild dargestellt auf. Stellt die Spannungsquelle zu Beginn auf 0 Volt. Führt dann mehrere Versuchsreihen durch. 1. Versuchsreihe: Lasst die Länge des Drahtes immer gleich, verändert aber die Spannung. 2. Versuchsreihe: Lasst die Spannung konstant, verändert aber die Länge des Drahtes. Notiert bei jedem Versuch die Spannung, die Stromstärke und die Länge des Drahtes. Stellt die Daten so dar, dass ihr sie gut vergleichen könnt (zB in einer Tabelle und/oder einem Diagramm).Vergleicht und überlegt gemeinsam, wie die Größen zusammenhängen. Zum Beispiel: Wie verändert sich die Stromstärke, wenn sich die Länge des Drahtes verändert? 5 V2 Zusammenhänge im elektrischen Stromkreis untersuchen B Materialien Konstantandraht (ca. 1 m) einstellbare Spannungsquelle Amperemeter Verbindungskabel Tipp: Der Konstantandraht hat einen großen Widerstand, der von seiner Länge abhängt. Starte mit einer eingespannten Länge von 1 m. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + B1 In guten Leitern stoßen die Elektronen selten auf Atomrümpfe. + + + + + + + + + + + + + + + + B2 In Leitern mit großem Widerstand stoßen die Elektronen oft auf Atomrümpfe. + + + + + + + + + + + + B3 Bei Nichtleitern sind die Elektronen fest mit den Atomrümpfen verbunden. B4 Festwiderstände in elektrischen Schaltungen: Die Farbringe geben Auskunft über die Stärke des Wiederstandes. B5 Diese veränderbaren Widerstände werden durch Drehen reguliert. Übungs-Doppelseite Forschen, Finden, Ausprobieren Auf diesen Seiten kannst du dich noch weiter in das Thema vertiefen. Das kann ich 3 Widerstände und Schaltungen 3 29 28 1 Wie unterscheiden sich gute Leiter und Leiter mit großem Widerstand im Atomaufbau? Wie unterscheiden sich Nichtleiter von Leitern in ihrem Atomaufbau? 2 Wo kannst du in deinem Alltag Leiter und Nichtleiter finden? Nenne Beispiele. 3 Größen im elektrischen Stromkreis: Male, was zusammengehört, in der gleichen Farbe an. elektrische Spannung I elektrischer Druckunterschied Ohm elektrische Stromstärke U bremst die Elektronenströmung Ampere Widerstandswert R Intensität der Elektronenströmung Volt 4 Was gilt im elektrischen Stromkreis? Ergänze. Bei konstanter Spannung ist die Stromstärke umso kleiner, umso der Widerstandswert ist. Wird die Spannung bei konstantem Widerstandswert erhöht, erhöht sich auch die . Die Einheit des Widerstandswerts ist 1 ( ). Wie hängt der Widerstand mit den Eigenschaften des Leiters zusammen? Überlege dir zuerst: Welche Eigenschaft möchtest du untersuchen? Das kann zB immer das gleiche Material, aber immer eine unterschiedliche Dicke des Leiters sein. Du kannst auch unterschiedliche Leiterlängen oder unterschiedliche Materialien testen. Stelle zuerst eine Vermutung auf. Führe dann den Versuch durch und erstelle dabei ein Protokoll. V3 Den elektrischen Widerstand untersuchen Materialien Lämpchen Kabel und Krokoklemmen 4,5-V Batterie verschiedene Leiter, die sich in einer Eigenschaft unterscheiden Meine Skizze: Welcher Zusammenhang besteht zwischen Widerstandswert und Stromstärke? Baue einen elektrischen Stromkreis nach dem dargestellten Schaltplan. Miss die Stromstärke mit Hilfe des Amperemeters und notiere sie. Ersetze den Widerstand durch verschiedene andere Widerstände. Die Batterie bleibt dabei gleich. Was verändert sich? Notiere die gemessenen Werte in der Tabelle. Begründe den Zusammenhang mit deinem Wissen von den Seiten 26 und 27. + – Widerstand A Lämpchen Amperemeter V4 Verschiedene Festwiderstände testen Materialien Lämpchen Kabel verschiedene Festwiderstände 4,5 V-Batterie Amperemeter Spannung U Widerstandswert R Stromstärke I 4,5 V 4,5 V 4,5 V 4,5 V 4,5 V Notizen: Der elektrische Widerstand 5 Im Elektronengas-Modell des elektrischen Stroms stellt man sich die frei beweglichen Elektronen als ein Gas vor, das sich durch den Leiter bewegt. Erinnere dich an den Versuch V5 von Seite 22. Dort hast du verschiedene Widerstände in Luftströmungen getestet und untersucht, wie schnell die Luft entweicht. Die Grundgrößen im Stromkreis sind U, R und I. Welchen Größen entsprechen sie in deinem Versuch zur Luftströmung? Marlon meint: „Die Luftströmung ist aber kein Stromkreis, da sie nicht im Kreis läuft.“ Hat er damit Recht? Wo liegen die Nachteile beim Vergleich des elektrischen Stroms mit einem Gas? Wie hängt der Widerstand einer Bleistiftmine mit ihrer Länge zusammen? Baue den Versuch wie im Bild dargestellt auf. Schließe den Stromkreis, indem du mit dem Ende des Drahts das Ende der Bleistiftmine berührst. Bewege den Draht entlang der Bleistiftmine. Achte auf die Glühbirne: Was kannst du beobachten? Welchen Zusammenhang kannst du daher zwischen der Länge der Mine und dem Widerstand feststellen? Vervollständige den Satz: Je näher das Drahtende der Büroklammer kommt, desto … V5 Widerstand in der Bleistiftmine Materialien Glühbirne 3 Drahtstücke 4,5 V Batterie Bleistiftmine Büroklammer Auf diesen Seiten lernst du ein neues Thema kennen. Hier findest du Wissen zum Thema, Aufgaben zur Erarbeitung und Versuche. Liebe Schülerin, lieber Schüler, auf dieser Doppelseite zeigen wir dir, wie „Impuls Physik“ aufgebaut ist. Das Schulbuch hat elf Abschnitte. Jeder Abschnitt besteht aus 2 Kapiteln mit je einer ErarbeitungsDoppelseite und einer Übungs-Doppelseite. Am Ende jedes Abschnitts kannst du auf einer Doppelseite selbst erforschen, Spiele spielen, Versuche durchführen und noch viel mehr. „Impuls Physik“ hat elf Abschnitte, die jeweils aus 10 Seiten bestehen: (Ausnahme: Abschnitt 11 besteht aus 6 Seiten.) 2 Seiten Erarbeitung 2 Seiten Übungen 2 Seiten Erarbeitung 2 Seiten Übungen 2 Seiten Forschen, Finden, Ausprobieren Du findest hier Comics, Rollenspiele, Forschungsaufgaben, Bauanleitungen und vieles mehr. Probiere es aus! Hier kannst du deine Kompetenzen mit Aufgaben und Versuchen festigen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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