Inhaltsverzeichnis - Landesinstitut für Schulentwicklung

Landesinstitut für Schulentwicklung
Inhaltsverzeichnis
1 Vorwort............................................................................................................................... 1
2 Stoffverteilung................................................................................................................... 2
Vorschlag für einen Stoffverteilungsplan LPE 1..................................................................2
3 Energie elektrisch speichern............................................................................................3
3.1 Vorüberlegungen......................................................................................................... 3
3.2 Kurzbeschreibung der Unterrichtseinheit.....................................................................4
3.3 Aufgabe: Mignon-Akku.................................................................................................5
3.4 Aufgabe: Handy-Akku..................................................................................................5
3.5 Aufgabe: Akku-Schrauber............................................................................................5
3.6 Aufgabe: Vergleich Glühlampe mit Energiesparlampe.................................................5
3.7 Labor: Strom- und Spannungsmessung......................................................................6
3.8 Labor: Eigenschaften von Strom- und Spannungsmessern.........................................7
3.9 Hausaufgabe: Messungen der benötigten Leistungen alltäglicher Verbraucher.........10
3.10 Aufgabe: Energieinhalt eines Akkus.........................................................................11
3.11 Aufgabe: Standby-Schaltungen................................................................................11
3.12 Aufgabe: Faustformel Standby-Schaltungen............................................................11
3.13 Aufgabe: Vergleich von Netzteil, Akku und Batterie..................................................12
4 Kennlinien und Ohmsches Gesetz.................................................................................13
4.1 Vorüberlegungen.......................................................................................................13
4.2 Kurzbeschreibung der Unterrichtseinheit...................................................................14
4.3 Laborbericht: Lineare und nicht lineare Kennlinien....................................................15
4.4 Aufgabe: Kennlinien...................................................................................................17
4.5 Aufgabe zum Leitungswiderstand: Elektrozuleitung Küchenherd...............................18
4.6 Aufgabe zum Leitungswiderstand einer Hochspannungsleitung................................18
4.7 Woher weiß der Strom, wie groß er zu werden hat?..................................................18
4.8 Wodurch wird die Spannung an einem Verbraucher bestimmt?.................................18
5 Parallel- und Reihenschaltung.......................................................................................19
5.1 Vorüberlegungen.......................................................................................................19
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5.2 Kurzbeschreibung der Unterrichtseinheit...................................................................20
5.3 Labor: Parallelschaltung von drei Solarzellen (drei Spannungsquellen).....................21
5.4 Labor: Parallelschaltung von drei Verbrauchern........................................................23
5.5 Gesetze der Parallelschaltung...................................................................................24
5.6 Labor: Reihenschaltung von drei Solarzellen (drei Spannungsquellen).....................25
5.7 Labor: Reihenschaltung von drei Verbrauchern.........................................................26
5.8 Gesetze der Reihenschaltung....................................................................................27
5.9 Grafische Ermittlung der Größen in einer Reihenschaltung.......................................28
5.10 Aufgabe zur Parallelschaltung: Hochspannungsleitung...........................................29
5.11 Stromkreisdenken Parallelschaltung........................................................................29
5.12 Aufgabe zur Reihenschaltung: Verluste durch Verlängerungskabel.........................30
5.13 Ersatzschaltbild Leitungswiderstand........................................................................30
5.14 Potenziometer als veränderbarer Widerstand..........................................................31
5.15 Potenziometer als Spannungsteiler.........................................................................31
5.16 Aufgabe: Elektrische Tankanzeige mit Potenziometer..............................................32
5.17 Aufgabe: Stromkreisdenken Reihenschaltung.........................................................32
5.18 Aufgabe: Reihenschaltung mit Halogenlampe.........................................................33
6 Innenwiderstand.............................................................................................................. 34
6.1 Vorüberlegungen.......................................................................................................34
6.2 Kurzbeschreibung der Unterrichtseinheit...................................................................34
6.3 Spannungsquelle mit Innenwiderstand......................................................................35
6.4 Ersatzschaltbild..........................................................................................................36
6.5 Auswirkungen des Innenwiderstandes.......................................................................36
6.6 Berechnung der Klemmenspannung bei bekanntem Innenwiderstand......................37
6.7 Ermittlung des Innenwiderstandes.............................................................................37
6.8 Aufgabe: Innenwiderstand von elektrischen Geräten.................................................39
6.9 Aufgabe: Bestimmung des Innenwiderstands einer Batterie......................................40
6.10 Aufgabe: Rollerbatterie............................................................................................41
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7 Gemischte Schaltungen..................................................................................................42
7.1 Vorüberlegungen.......................................................................................................42
7.2 Kurzbeschreibung der Unterrichtseinheit...................................................................42
7.3 Berechnung gemischter Schaltungen........................................................................43
7.4 Aufgabe: Gemischte Schaltung 1 mit Laborübung.....................................................45
7.5 Aufgabe: Gemischte Schaltung 2 mit Laborübung.....................................................45
7.6 Aufgabe: Lampenschaltung.......................................................................................45
7.7 Aufgabe: Gesamtwiderstand aus Einzelwiderständen...............................................45
7.8 Aufgabe: Weihnachtsbaumbeleuchtung mit 400 parallel geschalteten Lampen.........46
7.9 Stromkreisdenken......................................................................................................46
7.10 Aufgabe: Autoakku mit Innenwiderstand..................................................................47
8 Dioden, LEDs und energiesparende Beleuchtung........................................................48
8.1 Kurzbeschreibung der Unterrichtseinheit...................................................................48
8.2 Laborbericht: Kennlinien Diode und LEDs.................................................................50
8.3 Laboranhang: Typische LED-Schaltung.....................................................................53
8.4 Laborbericht: Gleichrichter-Schaltungen....................................................................54
8.5 Grafische Ermittlung des Vorwiderstands einer LED..................................................58
8.6 Aufgabe: LED-Kennlinie und Arbeitsgerade...............................................................59
8.7 Aufgabe: E-Bike-Bremslicht.......................................................................................59
8.8 Aufgabe: Vergleich Glühlampe – Energiesparlampe – LED-Beleuchtung..................59
8.9 Aufgabe: Verpolungsschutz.......................................................................................60
8.10 Aufgabe: Solarleuchte..............................................................................................60
8.11 Aufgabe: Fön mit zwei Leistungsstufen....................................................................61
8.12 Aufgabe: Beleuchtungs-LEDs..................................................................................61
8.13 Aufgabe: Zweiweggleichrichter (Brückengleichrichter).............................................62
8.14 Aufgabe: Fahrrad-LED-Scheinwerfer.......................................................................62
9 Solarzellen....................................................................................................................... 63
9.1 Vorüberlegungen.......................................................................................................63
9.2 Kurzbeschreibung der Unterrichtseinheit...................................................................64
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9.3 Labor: Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung von Solarzellen..............................65
9.4 Labor: I(U)-Kennlinien von Solarzellen......................................................................67
9.5 Vergleich der Kennlinien bei 200 W/m² und 100 W/m² Bestrahlungsstärke...............69
9.6 Abschätzung des Wirkungsgrads...............................................................................70
9.7 Vergleich der Kennlinien bei Reihen- und Parallelschaltung......................................71
9.8 Datenblatt-Beispiel eines Solarmoduls mit Aufgaben.................................................72
9.9 Der PN-Übergang von Dioden und Solarzellen..........................................................73
9.10 Ersatzschaltbild von Solarzellen..............................................................................75
9.11 Laborübung: Teil-Verschattung von Solarmodulen...................................................76
10 Anhang: ausgewählte Lösungen.................................................................................77