Inhaltsverzeichnis - Landesinstitut für Schulentwicklung
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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 Landesinstitut für Schulentwicklung 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 Landesinstitut für Schulentwicklung 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 Landesinstitut für Schulentwicklung 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
