Nachtsichtgerät - Vision
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Schule: Dietrich-Bonhoeffer-Gymnasium Partnerfirma: Fraunhofer-Institut IISB Erlangen Abgabedatum: 30. April 2006 Thema: Bau eines Nachtsichtgeräts Nachtsichtgerät Material für den Unterricht Nachtsichtgerät ........................................................................................................................ 1 Thema: Bau eines Nachtsichtgeräts ............................................................................ 1 Material für den Unterricht...................................................................................................... 1 1. Zusammenfassung ......................................................................................................... 2 2. Einleitung ......................................................................................................................... 2 2.1 Lehrplanbezug ........................................................................................................... 2 2.2 Erforderliche Vorkenntnisse / Grundlagen............................................................ 2 2.3 Erforderliche elektronische Ausstattung: Hardware, Software .......................... 2 2.4 Benutzte Materialien................................................................................................. 3 Werkzeug: Schleifblöcke, Akkuschrauber, Bügeleisen, Cuttermesser, Sekundenkleber, Holzkleber, Alleskleber, Zange, Bleistift und Skizzenpapier (1m x 0.6m) für die Planung.......................................................................................................... 3 3. Hauptteil............................................................................................................................ 3 3.1 Material....................................................................................................................... 3 3.2 Unterrichtsverlauf ...................................................................................................... 3 3.3 Experimente ............................................................................................................... 3 4. Praxisbezug / Anwendung ............................................................................................. 4 5. Quellen.............................................................................................................................. 4 6. Anlage: Material............................................................................................................... 4 „Vision-Ing21“ eine Initiative des Seite 1 von 4 Schule: Dietrich-Bonhoeffer-Gymnasium Partnerfirma: Fraunhofer-Institut IISB Erlangen Abgabedatum: 30. April 2006 Thema: Bau eines Nachtsichtgeräts 1. Zusammenfassung Im Rahmen des Physikunterrichts ist die Idee zum Bau eines Nachtsichtgeräts entstanden. Dieses Thema wurde als eine große Herausforderung verstanden. Moderne CCD- oder CMOS-Kameras, die im Infrarotbereich des Lichts empfindlich sind, kosten heute nur noch wenig Geld. Aus diesem Grund verzichteten wir auf den Umbau einer Digitalkamera und besorgten uns eine kompakte fertige CMOS-Kamera. Der Schwerpunkt des Projekts verlagerte sich auf den Bau einer IR-Leuchte, mit der wir in der Dunkelheit Räume ausleuchten wollten. Über Experimente lernten wir die Funktionsweise der Dioden und den pn-Übergang kennen. Mit den Experimentierplatinen der Schule erprobten wir die Leuchtwirkung der IR-Dioden in einem abgedunkelten Raum. Mit diesen Ergebnissen entwarfen wir die Platine für die IRLeuchte. Aus der U-I-Kennlinie der IR-Diode berechneten wir den Vorwiderstand zum Schutz der IR-Dioden und die Dimensionierung des Netzteils. 2. Einleitung 9. Klasse: In der Optik könnte man die CMOS-Kamera als Sensor für IR-Strahlung einsetzen. 10. Klasse: Am Ende der 10. Klasse könnte man das Material in Übungen zum Thema Dioden einsetzen. Hier lassen sich die Grundkenntnisse der Elektrizitätslehre vertiefen. Die Schüler lernen eine moderneres Bauteil als die Vakuumdiode kennen. 2.1 Lehrplanbezug Einsatzgebiet: Themengebiete: Physik IR-Strahlung (9. Klasse) Elektrische Spannung und Leistung (10. Klasse) Dioden (10. Klasse) 2.2 Erforderliche Vorkenntnisse / Grundlagen IR-Strahlung: Elektrizitätslehre: Spektrum des Lichts Spannung, Arbeit und Leistung, Kirchhoff'sche Regeln 2.3 Erforderliche elektronische Ausstattung: Hardware, Software Elektronik-Experimentierkästen inkl. Dioden, Strom- und Spannungsmessgerät. Fernseher zum Anschluss der CMOS-Kamera 2.4 Benutzte Materialien Nachtsichtgerät; CMOS-Kamera, Netzteil 5,4W, 9V= 20 IR-Dioden (100mA, 1,6V) 4 Widerstände 10 Ω „Vision-Ing21“ eine Initiative des Seite 2 von 4 Schule: Dietrich-Bonhoeffer-Gymnasium Partnerfirma: Fraunhofer-Institut IISB Erlangen Abgabedatum: 30. April 2006 Thema: Bau eines Nachtsichtgeräts 3. Hauptteil 3.1 Material Erläuterungen: Merkblätter: Halbleiter, Dotierung, pn-Übergang (Präsentation) Berechnung der Schaltung, pn-Übergang Zusammenspiel IR-Diode und CMOS-Kamera Kennlinien von Dioden Experiment: 3.2 Unterrichtsverlauf Thema: Optik In der 9. Klasse könnte man die Kamera als Sensor für IR-Strahlung einsetzen. Thema: Dioden In den Physikübungsstunden der 10. Klasse könnte man das Material in einem Projekt zum Thema "Dioden" einsetzen. Es eignet sich für Referate und Experimente. 3.3 Experimente Thema: U-I-Kennlinien Mit dem Experiment kann die U-I-Kennlinien von Dioden aufnehmen. Sie sind Voraussetzung für die Berechnung und Dimensionierung von Schaltungen. Voraussetzung: Elektronik-Experimentierkästen mit Dioden 4. Praxisbezug / Anwendung Nachtsichtgeräte finden eine weite Anwendung. Sie reicht von der militärischen Nutzung bis zur Überwachung von Gebäuden. Kraftfahrzeuge sollen auch mit IR-Sensoren ausgestattet werden, damit in der Nacht besser z.B. Personen auf der Fahrbahn erkannt werden können. Am Ende des Schuljahres werden wir beim Fraunhofer-Institut in der Abteilung einen Besuch abstatten, die sich mit diesem Thema beschäftigt. 5. Quellen Das Material wurde durch Internet-Recherche und Schulbücher zusammengestellt. Die Recherchen fanden überwiegend am privaten PC statt. Bei der Wahl der Bauteile und beim Platinenbau hatten wir eine große Unterstützung durch unsere Partnerfirma. Mit ihr konnten wir alle Probleme meistern. „Vision-Ing21“ eine Initiative des Seite 3 von 4 Schule: Dietrich-Bonhoeffer-Gymnasium Partnerfirma: Fraunhofer-Institut IISB Erlangen Abgabedatum: 30. April 2006 Thema: Bau eines Nachtsichtgeräts 6. Anlage: Material Erläuterungen und Merkblätter: - Auftrieb - Halbleiter, Dioden, Dotieren und pn-Übergang - Berechnung der Schaltung, - Zusammenspiel IR-Diode und CMOS-Kamera Experiment: - U-I-Kennlinie von Dioden „Vision-Ing21“ eine Initiative des Seite 4 von 4
