Elektronen, Strom, und Spannung

clock 60 min
user 4-6 Klasse
Einfach
Diese Anleitung bereitet Sie als Lehrer darauf vor, Elektronen, Strom, Spannung und Widerstände in eine 4.-6. Klasse, in Verbindung mit Broschüre 1, einzuführen.
Inhalt
Dies ist im Material enthalten:

Rezension der Broschüre

Der Leitfaden gibt einen Überblick über die Theorie, die zur Broschüre und zum Experiment gehört. Es gibt auch eine Anleitung zum Erstellen eines Quiz und Vorschläge für Unterrichtskurse. Der Zweck von Broschüre 1 besteht darin, die Schüler mit Elektronen , Strom , Spannung und Widerständen vertraut zu machen, die der Elektronik zugrunde liegen. Die Schüler müssen nicht genau verstehen können, worum es bei diesen Themen geht, aber die sie sollten am Ende mit den Konzepten vertraut sein. Das Material kann auch als Werkzeug verwendet werden, um Diskussionen und Überlegungen darüber zu erstellen, was Elektronik ist und wo sie verwendet werden kann.

Lernziele

  • Der Schüler weiß, dass es so etwas wie Elektronen , Strom , Spannung und Widerstände gibt.
  • Der Schüler versteht den Zusammenhang zwischen Widerstand, Strom und Spannung .
  • Der Schüler kennt die Maßeinheiten für Strom , Spannung und Widerstand.

Überprüfung der Theorie

Dieser Abschnitt enthält eine Erläuterung der in Broschüre 1 vorgestellten Themen. Er sollte verwendet werden, um das Wissen des Lehrers über das Thema zu aktualisieren, sodass vor dem Unterricht keine weiteren Untersuchungen zu den Themen erforderlich sind.

Elektronen

Elektronen sind negativ geladene Elementarteilchen, das in allen Atomen vorhanden sind. Sie werden als e^-  geschrieben. In Bezug auf die Elektronik ist das Wichtigste, was man über Elektronen verstehen muss, dass sie sich in einem Material bewegen können. Beachten Sie, dass in der Broschüre Elektronen auch als Elektron Elton bezeichnet werden. Elton ist eine fiktive Figur, die wir erfunden haben, um den Schülern das Verständnis des Themas zu erleichtern. Eine Illustration von Elton, der sich von minus nach plus bewegt, ist in der Broschüre zu sehen, um zu zeigen, dass Elektronen sich immer in Richtung einer positiven Ladung bewegen.

Strom

Da Elektronen gleichmäßig in Materie verteilt sein möchten, bewegen sie sich, wenn sie sich in einem Material befinden, in dem sie nicht gleichmäßig verteilt sind. Diese Bewegung der Elektronen nennt man Strom . Der Strom wird in Ampere gemessen und als A geschrieben. In einer Batterie gibt es eine ungleiche Verteilung an Elektronen, zwischen dem positiven und dem negativen Ende. Am negativen Ende hat sich eine große Menge an Elektronen aufgebaut und am positiven Ende hat sich ein großer Mangel an Elektronen gebildet. Wenn die beiden Enden durch einen Kreislauf verbunden sind, beginnen die Elektronen vom negativen zum positiven Ende zu laufen und es enteht Strom. In der Abbildung verläuft Elton (ein Elektron) vom negativen Ende einer Batterie zum positiven Ende. Wenn Elektronen durch die Glühbirne laufen, leuchtet sie. Es wird gesagt, dass der Strom den entgegengesetzten Weg der Elektronen geht. Die Richtung des Stroms wird durch die schwarzen Pfeile angezeigt.

Spannung

Spannung ist im Gegensatz zu Strom visuell schwerer zu erklären. Dies liegt daran, dass Spannung keine physikalische Sache wie ein Elektron, oder eine Beschreibung einer Bewegung als Strom ist. Spannung ist eher ein physikalisches Konzept, das die Beziehung von Elektronen zwischen zwei Punkten beschreibt. Die Spannung wird in Volt gemessen und in V geschrieben. Beispielsweise gibt es bei einer 5-Volt-Batterie einen Unterschied in der Anzahl von Elektronen, zwischen dem positiven und dem negativen Ende, von 5 Volt. Bei einem großen Unterschied besteht ein großes Potenzial für die Bewegung der Elektronen. In der Abbildung sind zwei Batterien mit unterschiedlichen Spannungen dargestellt. Die Bedeutung der Spannung wird als die Kraft dargestellt, mit der Elton losgeschoben wird. Mit einer 9-Volt-Batterie wird Elton stärker geschoben als mit einer 3-Volt-Batterie.

Widerstand

Wenn sich die Elektronen durch zum Beispiel einen Draht bewegen, herrscht ein Widerstand. Der Widerstand hängt von der Dicke und Länge des Drahtes ab.

Langer und dünner Draht = großer Widerstand

Kurzer und dicker Draht = kleiner Widerstand

Der Widerstand wird in Ohm gemessen und mit Ω geschrieben.

In der Abbildung sind zwei Drähte mit Elton gefüllt. Der dünne Draht kann nur eine Reihe von Elton haben, während der große Draht zwei Reihen haben kann. Dies zeigt, dass der dünne Draht einen größeren Widerstand als der große Draht hat. In der Broschüre wird die Länge der Schnur nicht betont.

Illustration modstand

Experimente

Auf der Rückseite der Broschüre befindet sich ein Experiment, das die Schüler nach dem Lesen der Broschüre durchführen können. Das Experiment erklärt, was Elektron , Strom und Spannung sind, mit Hilfe von Wasser und Löchern in Milchkartons als Analogie. Da in dem Experiment Wasser verwendet wird, ist es eine gute Idee, das Experiment an einem Waschbecken durchzuführen. Wenn kein Waschbeckenzur verfügung steht, kann das Experiment auch in einer Wanne oder draußen durchgeführt werden. Im Experiment können die Schüler vorteilhafterweise in Gruppen von 3 - 4 Personen aufgeteilt werden. Bevor Sie mit dem Experiment beginnen, können Sie ein erklärendes Video gemeinsam mit den Schülern ansehen, das über einen QR-Code in der Broschüre verlinkt ist, oder klicken Sie auf diesen Link:

http://teknologiskolen.dk/haefter/haefte-1/video

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Versuch 1

Die Schüler stechen zuerst mit einer Stecknadel ein kleines Loch in die Seite von zwei Milchkartons. Die Löcher sollten so nah wie möglich am Boden sein. Machen Sie dann das eine Loch größer, indem Sie die Spitze eines Bleistifts oder Stifts durch das kleine Loch drücken. Die Größe des großen und kleinen Lochs ist in der Broschüre dargestellt. Wenn die Löcher gemacht sind, können die Schüler die Milchkartons mit Wasser füllen und den Deckel wieder aufschrauben. Hierbei ist es wichtig, dass sie in der Zwischenzeit einen Finger auf dem Loch halten, damit das Wasser nicht abläuft. Die beiden Milchkartons werden auf den Rand eines Waschbeckens oder auf einen Tisch mit einer Wanne darunter gestellt. Danach werden gleichzeitig die Deckel der beiden Milchkartons abgeschraubt und die Finger vor den Löchern weggenommen. Jetzt sollte das Wasser aus den Löchern fließen. Wenn kein Wasser aus dem kleinen Loch fließt, brechen Sie die Wasseroberfläche, indem Sie den Stift erneut in das Loch einführen. Das Wasser läuft schneller aus der Schulmilch mit dem großen Loch als das mit dem kleinen Loch. Dies liegt daran, dass der Widerstand in der Schulmilch mit dem großen Loch geringer ist.

Experiment 2

Die Schüler recyceln die Schulmilch mit dem kleinen Loch aus Experiment 1. Danach stechen sie mit der Stecknadel ein kleines Loch in die Seite der großen Schulmilch. Das Loch sollte auch hier so nah wie möglich am Boden sein. Wenn die Löcher gemacht sind, füllen die Schüler die Milchkartons wieder mit Wasser und  schrauben den Deckel wieder auf. Wichtig ist hier auch, dass sie in der Zwischenzeit einen Finger auf dem Loch halten, damit das Wasser nicht abläuft. Die zwei Milchkartons werden wieder auf den Rand des Waschbeckens oder Tisches gestellt. Die Schüler schrauben gleichzeitig die Deckel der beiden Milchkartons ab und entfernen die Finger von den Löchern. Jetzt sollte das Wasser aus den Löchern fließen. Wenn kein Wasser aus den Löchern fließt, brechen Sie die Wasseroberfläche, indem Sie den Stift erneut in die Löcher einführen. Das Wasser läuft schneller aus der großen Schulmilch, da der Wasserdruck in der großen Schulmilch höher ist als in der kleinen.

Wenn die Experimente mit der Theorie aus der Broschüre verknüpft sind, gibt es einige Dinge, die einander entsprechen:

  • Das Wasser in der Schulmilch entspricht den Elektronen
  • Die Bewegung des Wassers entspricht Strom
  • Die Größe des Lochs in der Schulmilch entspricht dem Widerstand
    • Je größer das Loch in der Schulmilch ist, desto kleiner ist der Widerstand.
  • Der Wasserdruck in der Schulmilch entspricht der Spannung
    • Je mehr Wasser sich über dem Loch in der Schulmilch befindet, desto höher ist der Wasserdruck.

Video

Quiz - FUNKTIONIERT MOMENTAN NICHT! Wir arbeiten an dem Problem

Für die Broschüre wurde ein Quiz erstellt, das Ihnen einen Einblick geben kann, wie viel die Schüler über das Material verstanden haben und ob es spezielle Dinge gibt, an denen mehr gearbeitet werden muss. Die Schüler sollen die Broschüre während des Quiz als Hilfe verwenden, da sie lernen, nach Antworten in der Broschüre zu suchen, anstatt zu raten. Wenn Sie das Quiz mit Ihren Schülern durchführen, müssen Sie zuerst einen Link zu Ihrer Klasse erstellen, damit Sie die Ergebnisse anschließend sehen können. Gehen Sie dafür auf folgenden Link:

http://www.teknologiskolen.dk/haefter/haefte-1/

Hier müssen Sie auf die Schaltfläche "Opret Klassecode" (Dänish "Klassencode erstellen") klicken. Sie erhalten dann eine Website, auf der Sie den Link erhalten, den die Schüler benötigen, um auf das Quiz zuzugreifen. Sie können auch den Code anzeigen, den Sie zum Abrufen der Antworten benötigen, sowie einen Klassencode. Es ist wichtig, dass Sie die beiden Codes speichern. Sie sind fett markiert. Wenn Sie auf "Klicken Sie hier, um einen kurzen Link zu erstellen" klicken, werden Sie zu www.kortlink.dk weitergeleitet. Dort wird der lange Link, den Ihre Schüler für den Zugriff auf das Quiz benötigen, in einen kurzen Link umgewandelt. Der Zweck eines kurzen Links besteht darin, dass Sie ihn im Unterricht an die Tafel schreiben können, damit die Schüler am Quiz teilnehmen können. Wenn Sie auf den Link klicken, gelangen Sie zu einer neuen Seite, die folgendermaßen aussieht: Sie können diesen kurzen Link (im Beispiel hier: kortlink.dk/24she) an die Tafel schreiben. Dies erleichtert es den Schülern, es in einen Computer, ein Tablet oder ein Telefon einzugeben. Wenn die Schüler das Quiz öffnen, wird der Klassencode wie folgt oben angezeigt: Es ist wichtig, dass die Schüler den Klassencode nicht ändern. Wenn der Klassencode nicht ausgefüllt ist, haben Sie den Klassencode von der Website erhalten, die Sie zum Erstellen des Quiz besucht haben. Um die Antworten aus dem Quiz abzurufen, gehen Sie zu http://www.teknologiskolen.dk/haefter/haefte-1/. Hier geben Sie Ihren Klassencode und PIN-Code wie zuvor gespeichert ein und laden dann eine Excel-Tabelle mit anonymen Antworten herunter.

Vorschläge für Lehrveranstaltungen

Dieser Abschnitt enthält Beispiele dafür, wie Booklet 3 mit Ihrer Klasse verwendet werden kann. Es wird Beispiele für Kurse geben, die 45 Minuten, 60 Minuten und 90 Minuten dauern.

NB! Wenn nicht mindestens eine Wäsche pro Gruppe vorhanden ist, dauert der Versuch länger.

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