Lernen an Stationen: Elektronik Grundbegriffe

Lernen an Stationen: Elektronik Grundbegriffe
Die Schüler erarbeiten die Grundbegriffe
Strom – Spannung - Widerstand
Die Schüler bestimmen und berechnen
Widerstände nach dem Farbcode
Die Schüler messen mit dem
Digitalmultimeter Widerstände
Die Schüler erarbeiten durch Messen mit
dem Digitalmultimeter Spannungsteiler
Die Schüler informieren sich über
Leuchtdioden, messen den Strom und
berechnen Vorwiderstände.
Die Schüler erarbeiten phänomenologisch
Ladung und Entladung von Kondensatoren.
Werkstattarbeit,
Eigenarbeit in Einzel- oder Partnerarbeit
Hauptschule NRW
Ziele
Unterrichtskonzept
Richtlinienbezug
weiter mit
Briefkasten
Autor
Technik, Physik
Unterrichtsablauf im Überblick
Unterrichtsablauf im Einzelnen
Material und Tipps
Einleitung u. Arbeitsblatt-Übersicht
Anregungen, Tipps und Hinweise bitte an:
[email protected]
Ulrich Jucknischke, Overbergschule Ahlen
[email protected]
Unterrichtsablauf im Überblick
Nach einer Einführung in die Arbeit mit diesen
Materialien arbeiten die Schüler selbständig an
den Stationen.
Die Schüler bearbeiten die einzelnen Stationen
und erarbeiten sich wichtigen Grundlagen der
Zum Konzept
Elektronik.
Die Ergebnisse der Stationen werden von den
Schülern notiert.
Ein eigenes Lehrbuch und Nachschlagewerk
entsteht.
Die Absprache der Bearbeitung der einzelnen
Stationen erfolgt beispielhaft
Die Arbeit an den weiteren Stationen kann in
Organisation des Unterrichts
Einzel- oder Partnerarbeit erfolgen
Die Materialien der Stationen sind leicht von
Schülern herzustellen
Nach Absprache der Bearbeitung der
Aufgabenblätter und Sammlung der
Arbeitsergebnisse können die Stationen in
Einzel- oder Partnerarbeit von den Schülern
erarbeitet werden.
Die Stationen können in der Reihenfolge nicht
beliebig bearbeitet werden, da Erkenntnisse
Merkmale der Arbeit mit Stationen
der ersten Stationen zur Weiterarbeit benötigt
werden.
Diese Einschränkung der Arbeit an Stationen
wird jedoch durch die Komplexität der ersten
Stationen aufgehoben. Es findet eine
Entzerrung der Arbeitgeschwindigkeit statt.
Nach einer Einarbeitungsphase sollen die Schüler
Anforderungen an die
Aufgaben selbständig bearbeiten und Ergebnisse
Arbeitsweise der Schüler
der Arbeit zusammenfassen.
Unterrichtsablauf im Einzelnen
Teilbereiche /
Ausstattung
Tätigkeiten
Stationen
Einführung in die Begriffe Strom, Spannung, Widerstand
Grundwissen Spannung
Grundwissen Strom
Grundwissen Widerstand
Grundwissen
Ohmsches Gesetz
Digitalmultimeter, verschiedene Batterien
Die Schüler erfahren eine Einführung in das
Phänomen Spannung. Sie lernen die Einheit der mit unterschiedlicher Ladung
Spannung kennen. Sie messen mit dem
Digitalmultimeter die Spannungen verschiedener
Batterien.
Die Schüler erfahren eine Einführung in das
Phänomen Strom. Sie lernen die Einheit des
Stromes kennen. Sie messen mit dem
Digitalmultimeter verschiedene Ströme.
Digitalmultimeter, Versuchsbrett mit LED
und drei Vorwiderständen
Die Schüler erfahren eine Einführung in das
Phänomen Widerstandes. Sie lernen die Einheit
des Widerstandes kennen. Sie messen mit dem
Digitalmultimeter den Widerstandswert
verschiedener Verbraucher sowie ihren
Körperwiderstand.
Digitalmultimeter, verschiedene
Verbraucher, z.B. Glühlampen, Motoren,
Widerstände
Die Schüler lernen die Abhängigkeit der drei
Grundgrößen Strom, Spannung, Widerstand
kennen. Sie lernen am Beispiel Vorwiderstand
einer Leuchtdiode die Berechnung kennen.
Lernstationen: Widerstände
Widerstandsstern, Arbeitsblatt „Übung
zur Farbkennzeichnung von
Widerständen“
Station 1
Die Schüler können die Farbkennzeichnungen auf
dem Widerstandskörper ablesen und in eine Tabelle
eintragen.
Station 2
Die Schüler decodieren die Farbkennzeichnungen
on Widerständen und berechnen den codierten
Widerstandswert.
Widerstandsstern, Arbeitsblatt „Übung
zur Farbkennzeichnung von
Widerständen“
Station 3
Die Schüler messen mit dem Digitalmultimeter dem
Wert der Widerstände und vergleichen die Werte mit
den berechneten. Im Falle von Abweichungen
werden die Gründe dafür gesucht.
Widerstandsstern, Digitalmultimeter,
Arbeitsblatt „Übung zur
Farbkennzeichnung von Widerständen“,
Arbeitsblatt „Messen mit den
Digitalmultimeter:
Widerstandsmessung“
Station 4
Die Schüler berechnen den Toleranzbereich von
Widerständen kennen, berechnen ihn und
vergleichen den berechneten Wert mit den
gemessenen Widerstandswert.
Station 5
Die Schüler lernen die Ablesung von
Metallschichtwiderständen kennen.
Widerstandsstern, Arbeitsblatt „Übung
zur Farbkennzeichnung von
Widerständen“
Lernstationen: Messen an Widerständen
Station 6
Die Schüler messen die Einzelspannungen eines aus
drei gleich großen Widerständen aufgebauten
Spannungsteilers.
Widerstandsbrett Station 6,
Digitalmultimeter
Station 7
Die Schüler messen die Einzelspannungen eines aus
drei unterschiedlich großen Widerständen aufgebauten
Spannungsteilers.
Widerstandsbrett Station 7,
Digitalmultimeter
Station 8
Die Schüler formulieren einen Merksatz zu den
Messergebnissen. Sie erfahren weitere Anwendungen
des Spannungsteilers.
Lernstationen: Leuchtdioden
Station 9
Die Schüler untersuchen die Möglichkeiten, eine
Leuchtdiode elektrisch zum Leuchten zu bringen und
zeichnen den sichtbaren Aufbau einer Leuchtdiode in
ihren Hefter.
Leuchtdiode, Batterie, Clip mit
Vorwiderstand
Station 10
Die Schüler messen mit dem Digitalmultimeter den
Strom, der durch eine Leuchtdiode fließt.
Station 11
Die Schüler berechnen mit dem Ohmschen Gesetz den
Vorwiderstand einer Leuchtdiode.
Station 12
Die Schüler ermitteln aus Katalogen die elektrischen
Werte unterschiedlicher Leuchtdioden.
Station 13
Die Schüler lösen eine Leuchtdiodenrätsel und ermitteln
den Stromweg in einer Leuchtdioden- und
Diodenschaltung sowie die Anzahl der Leuchtdioden.
Versuchsbrett Station 10
Kataloge unterschiedlicher
Bauteileanbieter
Lernstationen: Kondensatoren
Station 14
Versuchsbrett Station 14
Die Schüler laden und entladen einen Kondensator
(1000µF) und beobachten den Lade- und Entladestrom,
der eine LED betreibt.
Station 15
Die Schüler laden und entladen einen Kondensator
(10µF) und beobachten den Lade- und Entladestrom,
der eine LED betreibt.
Station 16
Die Schüler formulieren einen Merksatz zu den
Beobachtungen. Sie fertigen eine grafische Darstellung
ihrer Beobachtungen an.
Versuchsbrett Station 15
Was ich schon immer über SPANNUNG
wissen wollte, aber nie zu fragen wagte.
Mit elektrischer Spannung bezeichnet man die Möglichkeit,
elektrische Arbeit zu verrichten.
Du kennst bereits verschiedene Spannungen:
230 Volt Spannung an einer Steckdose
9 Volt Spannung an einer Blockbatterie
1,5 Volt Spannung an einer Mignonzelle
1,2 Volt Spannung an einer Akkuzelle
Aufgabe:
•
•
•
Benutze das Messgerät
Stelle den Gleichspannungsmessbereich V= 20V ein
Miss die Spannung der beigelegten Batterien und trage sie in
eine Tabelle in deinem Ordner ein.
Typ
Sollspannung Gemessene Batteriezustand:
in Volt
Spannung
voll / leer
Mignon
Batterie 1
Batterie 2 Blockbatterie
Micro
Batterie 3
Mono
Batterie 4
Merke:
Spannung bezeichnet die Möglichkeit,
elektrische Arbeit zu verrichten.
Spannungen werden in Volt (V) gemessen.
Der Formelbuchstabe für die Spannung ist U.
Batterien haben einen Plus- und einen Minuspol.
Am Minuspol ist Elektronenüberschuss,
am Pluspol ist Elektronenmangel.
Die Elektronen versuchen diesen Unterschied
auszugleichen.
Hilfen:
Arbeitsblatt: „Messen mit dem Digitalmultimeter – Spannungsmessung“
Was ich schon immer über STROM
wissen wollte, aber nie zu fragen wagte.
Mit elektrischem Strom bezeichnet man die Menge der
Elektronen, die durch einen Leiter fließen.
Verbindet man eine Batterie als Spannungsquelle und einen elektrischen Verbraucher
(z. B. Leuchtdiode mit Drähten), setzt der gewünschte Effekt ein: Die Leuchtdiode
leuchtet.
Den Strom, der durch die Leuchtdiode fließt, sollst du jetzt messen.
Aufgabe:
•
•
•
•
•
•
Benutze das Messgerät.
Die Messleitungen stecken in den Buchsen COM und I
200mA
Stelle den Gleichstrommessbereich A= 200mA ein.
Verbinde die Schaltung mit einer Blockbatterie 9V.
Miss die Ströme, die über R1, R2 oder R3 durch die
Leuchtdiode fließen und lies den Messwert ab.
Trage sie in eine Tabelle in deinem Ordner ein.
Messwert
in mA
Leuchtdiode:
hell / mittel / dunkel
Plus an R1
Plus an R2
Plus an R3
Merke:
Strom wird in Ampere (A) gemessen.
Der Formelbuchstabe ist I.
Kleine Ströme werden auch in mA (Milliampere)
und µA (Mikroampere) gemessen.
1mA = 0,001 A
1µA = 0,000 001 A.
Strom kann nur fließen, wenn an den Polen der
Spannungsquelle eine Spannung vorhanden ist.
Hilfen
Arbeitsblatt: „Messen mit dem Digitalmultimeter – Strommessung“
Was ich schon immer über WIDERSTAND
wissen wollte, aber nie zu fragen wagte.
Widerstand bedeutet umgangssprachlich,
dass sich etwas entgegenstellt.
Eine ähnliche Bedeutung hat der Begriff Widerstand in der Elektrizität.
Unterschiedliche Materialien setzen dem Stromfluss unterschiedlichen Widerstand
entgegen. Sie leiten den Strom unterschiedlich gut.
Materialien mit geringem Widerstand z. B. Metalle nennt man Leiter.
Materialien mit sehr hohem Widerstand z. B. Porzellan, Gummi,
Kunststoffe nennt man Nichtleiter (Isolatoren).
Jedes Gerät und jeder Verbraucher, der sich in einem Stromkreis befindet, stellt dem
Strom einen Widerstand entgegen.
Ω). Der Formelbuchstabe ist R.
Widerstand wird gemessen in Ohm (Ω
Andere Einheiten sind
Ω = kilo Ohm = 1000 Ω
kΩ
MΩ = Mega Ohm = 1 000 000 Ω
Widerstände kann man mit dem Messgerät messen.
Aufgabe:
•
•
•
•
•
Benutze das Messgerät.
Die Messleitungen stecken in den Buchsen COM und U/Ω
Stelle den größten Widerstandmessbereich ein.
Miss die beigelegten Widerstände und Glühlampe und trage
die Messwerte in eine Tabelle ein.
Nimm jeweils eine Messspitze in die rechte und linke Hand
und miss deinen Körperwiderstand. Trage den Messwert in die
Tabelle ein.
Bauteil
Messwert in Ω /
kΩ / MΩ
Aufdruck /
Kennzeichnung
Hilfen:
Arbeitsblatt: „Messen mit dem Digitalmultimeter – Widerstandsmessung“
Was ich schon immer über das
OHMSCHE GESETZ
wissen wollte, aber nie zu fragen wagte.
Du hast jetzt schon eine Vorstellung von den drei wichtigen elektrischen Größen
Strom, Spannung, Widerstand bekommen.
Doch wie hängen sie zusammen?
Eine höhere Spannung bei gleichem Widerstand lässt den Strom steigen:
U
Also
I=
R
Ebenso steigt der Strom, wenn bei gleicher Spannung der Widerstand verringert wird (Beispiel
Kurzschluss).
Das Ohmsche Gesetz drückt die Abhängigkeit von
Strom (I) in Ampere (A)
Spannung (U) in Volt (V)
Widerstand R in Ohm (Ω) aus.
Am Beispiel der Berechnung eines Vorwiderstandes für Leuchtdioden soll der Umgang mit dem
Ohmschen Gesetz
verdeutlicht werden.
STATION 1:
DIE GEHEIMSCHRIFT AUF DEN WIDERSTÄNDEN I
Der Wert eines Widerstandes wird nicht in Ziffern angegeben, sondern in einer Farbcodierung. Deine
Aufgabe ist es, die Widerstandwerte von den Widerständen zu ermitteln.
Um diese Aufgabe zu bearbeiten, findest du ein Widerstandsbrett mit zwölf Widerständen und das
Arbeitsblatt „Übung zum Farbcode von Widerständen“.
AUFGABE 1:
Untersuche und betrachte die Widerstände. Du erkennst vier Farbringe auf dem
Widerstandskörper.
AUFGABE 2 :
Trage die Farben der Farbringe der einzelnen Widerstände
in das Arbeitsblatt „Übung zum Farbcode von Widerständen“ ein.
Die Zeilen „Werte“ bleiben frei.
BEACHTE:
Die Farbe GOLD wird nicht als erster Farbring verwendet.
In diesem Fall ist der Widerstand umzudrehen.
Gold ist immer der 4. Ring.
Zusatzmaterial:
Arbeitsblatt „Übung zum Farbcode von Widerständen“
zurück zum Unterrichtsablauf im Einzelnen
STATION 2:
DIE GEHEIMSCHRIFT AUF DEN WIDERSTÄNDEN II
Die von die ermittelten Farben müssen nun in Ziffern umgewandelt werden. Diese Ziffern werden dann in
den Widerstandswert umgerechnet.
Um diese Aufgabe zu bearbeiten, benötigst du dein Arbeitsblatt „Übung zum Farbcode von Widerständen“
und die Tabelle mit dem Codierungsschlüssel.
AUFGABE :
BEISPIEL :
Trage die Werte der Farben der Farbringe in das Arbeitsblatt „Übung zum Farbcode von
Widerständen“ in die Zeilen „Werte“ ein und berechne den Widerstandswert.
Reihenfolge der abgelesenen Farben:
grün / blau /
rot / gold
Ermittelte Ziffern und Multiplikator:
5
6
X
100
=
5600 =
5,6k
Codierschlüssel zur Farbkennzeichnung von Widerständen
Farbe
schwarz
braun
rot
orange
gelb
grün
blau
violett
grau
weiß
gold
silber
1. Ring
1. Ziffer
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
2. Ring
2. Ziffer
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
3. Ring
4. Ring
Multiplikator
Toleranz
x 1 Ohm
x 10 Ohm
1 %
x 100 Ohm
2 %
x 1 000 Ohm
x 10 000 Ohm
x 100 000 Ohm
0,5 %
x 1 000 000 Ohm
x 0,1 Ohm
5%
x 0,01 Ohm
10 %
Vorwiderstandsberechnung
Die Leuchtdioden benötigt eine Spannung von 2V bei 0,02 A
Die Batteriespannung beträgt 9 V.
Sie teilt sich auf Leuchtdiode und Vorwiderstand auf.
Die Aufgabe des Vorwiderstandes ist es nun, die überflüssigen 7 Volt „zu vernichten“. Wird das nicht erreicht,
kann die Leuchtdiode geschädigt werden.
Der Strom geht sowohl durch die Leuchtdiode als auch durch den Widerstand und ist an allen Stellen gleich
groß.
Also haben wir folgende Werte zur Berechnung des Vorwiderstandes:
U = 7V; I = 0,02 A
7V
U
R=
Der Vorwiderstand muss
einen Wert von 350 Ω haben.
R=
I
= 350 Ω
0,02A
STATION 3:
DIE GEHEIMSCHRIFT AUF DEN WIDERSTÄNDEN III
Deine Aufgabe ist es, den tatsächlichen Widerstandswert zu messen und mit berechneten
Widerstandswert zu vergleichen.
Um diese Aufgabe zu bearbeiten, benötigst du dein Arbeitsblatt „Übung zum Farbcode von
Widerständen“, das von die benutzte Widerstandsbrett und ein Digitalmultimeter.
AUFGABE 1 :
Lies das Arbeitsblatt „Messen mit dem Digitalmultimeter aufmerksam durch. Miss die
Widerstände des Brettes aus. Trage die gemessenen Werte in das Arbeitsblatt
„Übung zum Farbcode von Widerständen“ in die Zeilen „Werte; Gemessen“ ein.
AUFGABE 2 :
Vergleiche deine berechneten Werte mit den gemessenen. Bei größeren
Abweichungen führe die Arbeitsschritte Ablesen der Farbcodierung und Messen
nochmals durch.
MESSEN MIT DEM DIGITALMULTIMETER
WIDERSTANDSMESSUNG
1. Stecker der Messschnüre in die Buchsen COM (schwarz) und V/Ohm (rot)
stecken.
2. Multimeter einschalten.
3. Wahlschalter auf den größten Widerstandsmessbereich einstellen. (2000 kOhm = 2 000 000 Ohm
= 2M Ohm)
4. Messspitzen mit der Messstelle verbinden. Auf gute Verbindung achten.
5. Stillstand der Anzeige abwarten.
6. Messzahl ablesen.
7. Ist die Anzeige "1", dann ist der gemessene Widerstand größer als der eingestellte Messbereich.
8. Sind Nullen vor der Messzahl, dann ist ein kleinerer Messbereich zu wählen.
9. Die angezeigte Messzahl unter Beachtung der Kommastellen und des Messbereiches in den
Messwert umrechnen.
10. Nach den Messungen ist das Multimeter auszuschalten.
BEISPIEL:
Berechnung des Messwertes.
abgelesene Messzahl
14,79
3,33
0,815
123,4
1234
Messbereich
20 kOhm
20 kOhm
2 000 kOhm
200 kOhm
2000 Ohm
Beachte: 1000 Ohm = 1kOhm!
Messwert
14790 Ohm = 14,79kOhm
3330 Ohm = 3,33kOhm
815000 Ohm = 815 kOhm
123400 Ohm = 123,4 kOhm
1234 Ohm = 1,234 kOhm
Station 4 :
DIE GEHEIMSCHRIFT AUF DEN WIDERSTÄNDEN IV
Die Bedeutung des 4. Ringes auf den Widerständen wird hier erarbeitet.
In der Tabelle „Codierschlüssel von Widerständen“ wird der 4. Farbring als Toleranz bezeichnet.
Die Toleranz gibt an, in welchem Bereich der tatsächliche Widerstandswert vom berechneten Wert
abweichen darf.
Ein Beispiel verdeutlicht das:
BEISPIEL : Widerstandswert berechnet: 120 kOhm = 120000 Ohm
Toleranz: 5%
vom Wert
5% von 120000 Ohm = 6000 Ohm
Abweichung nach oben:
Abweichung nach unten:
120000 Ohm + 6000 Ohm = 126000 Ohm
120000 Ohm – 6000 Ohm = 114000 Ohm.
Also muss der mit dem Messgerät zu messende Widerstandswert
zwischen 114000 Ohm und 126000 Ohm liegen.
AUFGABE : Trage die von dir berechneten Widerstands- Toleranzbereiche vom Arbeitsblatt „Übung
zum Farbcode von Widerständen“ in die Tabellenzeilen in deinem Heft ein.
Berechne den Toleranzbereich.
Überprüfe, ob deine Messungen im Toleranzbereich liegen.
Widerstand
Nr.
Beispiel
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Wert
Toleranz Unterer
Wert
berechnet
560
28
532
Oberer Gemessen PrüWert
fung
588
563
OK
Station 5:
Die Geheimschrift auf den Widerständen
Metallschichtwiderstände
V
Elektronische Schaltungen mit höheren Anforderungen sind mit Widerständen ausgerüstet, die eine
geringere Toleranz besitzen.
Diese Widerstände besitzen 5 Ringe als Codierung.
Dabei sind die ersten drei Ringe Werteziffern, der vierte Ring gibt den Multiplikator an, der fünfte Ring
gibt die Toleranz an.
Codierungsschlüssel von Metallschicht- Widerständen
Farbe
schwarz
braun
rot
orange
gelb
grün
blau
violett
grau
weiß
gold
silber
1. Ring
1. Ziffer
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
2. Ring
2. Ziffer
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
3. Ring
3. Ziffer
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
4. Ring
5. Ring
Multiplikator Toleranz
x 1 Ohm
x 10 Ohm
1 %
x 100 Ohm
2 %
x 1 000 Ohm
x 10 000 Ohm
0,5 %
x 100 000 Ohm
x 1 000 000 Ohm
x 0,1 Ohm
x 0,01 Ohm
-
AUFGABE : Lies dieses Arbeitsblatt aufmerksam durch.
Notiere in deinem Hefter die Besonderheiten der Codierung für MetallschichtWiderstände.
Station 6:
REIHENSCHALTUNG I
Hier wirst du untersuchen, wie sich eine Spannung an Widerständen verhält.
Du hast eine Versuchsbrett mit drei in Reihe angeschlossenen Widerständen.
AUFGABEN :
Messpunkt
MP1 – MP2
MP2 – MP3
MP3 – MP4
MP2 – MP4
Bestimme die Größe der Widerstände der Reihenschaltung I.
Schließe die Versorgungsspannung (9V Batterie oder Netzgerät) an die Messpunkte MP1
und MP4 der Reihenschaltung 1 an.
Benutze das Digitalmultimeter und stelle den Messbereich 20 DCV ein.
Miss die Spannungen zwischen den Messpunkten MP1 – MP4.
Batterie
spannung
Spannung
U1 =
V
U2 =
V
U3 =
V
U4 =
V
Widerstand
R1=
R2=
R3=
R2+R3=
Trage die Messwerte in eine
Tabelle in deinen Hefter ein.
Vergleiche die eingetragenen Werte
und versuche eine Regelmäßigkeit zu finden.
MATERIAL:
Widerstandsbrett mit drei gleich großen Widerständen, Digitalmultimeter
Station 7:
REIHENSCHALTUNG II
Du hast eine Versuchsbrett mit zweimal drei in Reihe angeschlossenen Widerständen.
AUFGABE :
Bestimme die Größe der Widerstände der Reihenschaltung 2.
Schließe die Versorgungsspannung (9V Batterie oder Netzgerät) an die Messpunkte MP1
und MP4 der Reihenschaltung II an.
Benutze das Digitalmultimeter und stelle den Messbereich 20 DCV ein.
Miss die Spannungen zwischen den Messpunkten MP1 – MP4
Messpunkt
MP1 – MP2
MP2 – MP3
MP3 – MP4
MP2 – MP4
Batterie
spannung
Spannung
U1 =
V
U2 =
V
U3 =
V
U4 =
V
Widerstand
R1=
R2=
R3=
R2+R3=
Trage die Messwerte in eine
Tabelle in deinen Hefter ein.
Vergleiche die eingetragenen Werte und versuche eine Regelmäßigkeit zu finden.
MATERIAL:
Widerstandsbrett mit drei unterschiedlich großen Widerständen, Digitalmultimeter
zurück zum Unterrichtsablauf im Einzelnen
Station 8:
REIHENSCHALTUNG III
Du hast gemessen, wie sich eine Spannung an Widerständen, die in Reihe geschaltet sind, verhält.
Deine Aufgabe ist es, herauszufinden, ob es Gesetzmäßigkeiten zwischen den Widerständen und den
Spannungen gibt.
AUFGABEN:
Betrachte deine Messergebnisse und vergleiche die Widerstände mit den gemessenen
Spannungen.
Untersuche sie auf Ähnlichkeiten (Größe und Verhältnisse).
Formuliere eine Regel.
Beginne die Regel mit:
In der Reihenschaltung verhalten sich die einzelnen Spannungen
wie ...
Schreibe die Regel in deinen Hefter.
Hinweis:
Die von dir gemessenen Eigenschaften der Reihenschaltung finden in verschiedenen Schaltungen
Anwendung. Eine davon ist die Reihenschaltung von Widerstand und Leuchtdioden.
Zu finden in den Stationen 9 – 13 LEUCHTDIODEN
zurück zum Unterrichtsablauf im Einzelnen
Station 9:
DIE POLUNG DER LEUCHTDIODE
Deine Aufgabe ist es, herauszufinden, wie die Leuchtdiode anzuschließen ist, um sie zum Leuchten zu
bringen. Benutze dazu die Leuchtdiode und die Spannungsquelle.
AUFGABE : Finde heraus, wie die Leuchtdiode zum Leuchten gebracht werden kann.
Untersuche die Leuchtdiode.
Finde heraus, wie man die beiden Anschlüsse der Leuchtdiode unterscheiden kann.
Formuliere einen Merksatz über den Anschluss einer Leuchtdiode.
Schreibe den Merksatz in deinen Hefter.
Zeichne die wichtigen Merkmale einer Leuchtdiode in deinen Hefter.
zurück zum Unterrichtsablauf im Einzelnen
Station 10:
DER STROM DURCH DIE LEUCHTDIODE
Im ersten Schritt hast du den Anschluss einer Leuchtdiode untersucht. Deine Aufzeichnungen müssten
folgendes Bild ergeben:
Ist deine Zeichnung inhaltlich unterschiedlich, korrigiere sie bitte.
Deine Aufgabe ist es jetzt herauszufinden, wie viel Strom durch eine Leuchtdiode fließt.
AUFGABEN:
Benutze das Digitalmultimeter.
Stecke die Anschlüsse der Messleitungen in COM (schwarze Messleitung) und V
Ω mA (rote Messleitung).
Stelle den Bereichsschalter auf DCA 200m.
Halte die Messspitzen an die Messstellen.
Lies den Messwert ab und trage ihn in deinen Hefter ein:
Der Strom durch die Leuchtdiode beträgt _________ mA.
Station 11:
DER VORWIDERSTAND
Bei deinen Messungen hast du festgestellt, dass eine Leuchtdiode einen Strom von 20 mA = 0,02A bei
einer Spannung von 2V benötigt.
Wird eine Leuchtdiode mit einer Spannung von 9 Volt betrieben, müssen wir sicherstellen, dass die
Leuchtdiode nicht mehr als 2 Volt erhält.
Das geschieht durch die Reihenschaltung mit einem Vorwiderstand.
Spannungsquelle, Leuchtdiode und Vorwiderstand werden in Reihe geschaltet und bilden einen Stromkreis.
Bei einer Spannungsquelle mit 9 Volt, einem Bedarf der Leuchtdiode von 2 Volt muss der Vorwiderstand
eine Spannung von 7 Volt „vernichten“.
Doch welche Größe muss der Widerstand besitzen?
Das Ohmsche Gesetz hilft hier weiter: R = U / I
Die Rechnung:
Die Spannung U ist bekannt:
Der Strom I ist bekannt:
Der Widerstand R wird berechnet:
AUFGABE 1:
AUFGABE 2:
7 Volt
0,02 Ampere
7 / 0,02 = _______ Ohm
Berechne den benötigten Widerstandswert und trage die Beispielrechnung mit
Erklärung in deinen Hefter ein.
Berechne den Widerstandswert einer Leuchtdiode
Station 12:
Leuchtdiodentypen
Leuchtdioden gibt es in unterschiedlichen Bauformen und Farben. Sie unterscheiden sich auch durch
unterschiedliche Elektrische Eigenschaften.
AUFGABEN :
Zeichne die Tabelle in deinen Hefter.
LEDFarbe
Wellenlänge
LEDSpannung
Bezeichnung
Strom
Lichtstärke
in mcd
Preis
Suche aus den Katalogen der Fachanbieter (Conrad und andere) verschiedene
Leuchtdioden heraus.
Notiere die elektrischen Werte der Leuchtdioden.
Notiere die Wellenlänge und die Lichtstärke.
Notiere den Preis jeweils einer Leuchtdiode.
Station 13:
Leuchtdiodenrätsel
AUFGABE:
Finde heraus, wie viele Leuchtdioden in dieser
Dioden- und Leuchtdiodenschaltung leuchten!
Notiere das Ergebnis in deinem Hefter.
Es leuchten ________ Leuchtdioden.
STATION 14:
LADEN UND ENTLADEN VON KONDENSATOREN
Kondensatoren haben die Eigenschaft,
Energie zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben.
Deine Aufgabe ist es, herauszufinden, welche elektrische Größen der Bauteile für die Ladung und
Entladung entscheidend sind.
AUFGABE 1:
Stelle die Werte der Bauteile Kondensator und Widerstand fest.
AUFGABE 2:
Schließe die Stromversorgung 9V= an.
Beobachte dabei die Leuchtdioden.
Beachte die Zeit, bis die LED nicht mehr leuchtet.
Formuliere deine Beobachtung und schreibe sie in deinen Hefter.
AUFGABE 3:
Entferne die Stromversorgung 9V=.
Drücke den Taster und halte ihn gedrückt.
Beobachte dabei die Leuchtdioden.
Beachte die Zeit, bis die LED nicht mehr leuchtet.
Formuliere deine Beobachtung und schreibe sie in deinen Hefter.
zurück zum Unterrichtsablauf im Einzelnen
Station 15:
LADEN UND ENTLADEN VON KONDENSATOREN
Kondensatoren haben die Eigenschaft,
Energie zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben.
Deine Aufgabe ist es, herauszufinden, welche elektrische Größen der Bauteile für die Ladung und
Entladung entscheidend sind.
AUFGABE 1:
Lies das Arbeitsblatt „INFO: Kondensatoren“ aufmerksam durch.
AUFGABE 2:
Schließe die Stromversorgung 9V= an.
Beobachte dabei die Leuchtdioden.
Beachte die Zeit, bis die LED nicht mehr leuchtet.
Formuliere deine Beobachtung und schreibe sie in deinen Hefter.
AUFGABE 3:
Entferne die Stromversorgung 9V=.
Drücke den Taster und halte ihn gedrückt.
Beobachte dabei die Leuchtdioden.
Beachte die Zeit, bis die LED nicht mehr leuchtet.
Formuliere deine Beobachtung und schreibe sie in deinen Hefter.
Station 16:
LADEN UND ENTLADEN VON KONDENSATOREN
Deine Aufgabe ist es, herauszufinden, welche elektrische Größen der Bauteile für die Ladung und
Entladung entscheidend sind.
AUFGABE 1:
Nimm das Arbeitsblatt „INFO: Kondensatoren“ und lies es aufmerksam durch.
AUFGABE 2:
Zeichne in die erste Grafik die Veränderung der Helligkeit der Leuchtdiode
während der Ladung des Kondensators (Waagerecht = Zeitachse, senkrecht =
Helligkeit).
AUFGABE 3:
Zeichne in die zweite Grafik die Veränderung der Helligkeit der Leuchtdiode
während der Entladung des Kondensators (Waagerecht = Zeitachse, senkrecht =
Helligkeit).
AUFGABE 4:
Notiere den Merksatz:
„Die Ladezeit und die Entladezeit eines Kondensators wird bestimmt
1. durch die Größe (Kapazität) des Kondensators und
2. durch die Größe (Widerstandswert) des Widerstandes
(und damit des Stromflusses).“
ÜBUNG ZUM FARBCODE VON WIDERSTÄNDEN
Name:______________________
Aufgabe :
Widerstand
Nr.
Beispiel
Farben
Beispiel
Werte
1 Farben
1 Werte
2 Farben
2 Werte
3 Farben
3 Werte
4 Farben
4 Werte
5 Farben
5 Werte
6 Farben
6 Werte
7 Farben
7 Werte
8 Farben
8 Werte
9 Farben
9 Werte
10 Farben
10 Werte
11 Farben
11 Werte
Trage hier die Nr. des von dir benutzten
Widerstandsbrettes ein:________
1.
Ring
orange
3
2.
3.
Ring Ring
weiß gelb
9
10000
4.
Ring
gold
Berechnet
5%
390000
Gemessen
12 Farben
12 Werte
HARDWARE DER STATIONEN
Die Hardware der Stationen kann zu, großen Teil von Schülern hergestellt werden.
GRUNDWISSEN SPANNUNG:
Verschiedene Batterien (z.B. Mono, Mignon, 9V- Block, Micro, Baby sowohl leer, halbleer
und frisch werden mit einem Digitalmultimeter zur Verfügung gestellt.
GRUNDWISSEN STROM:
Versuchsanordnung
Digitalmultimeter
mit
drei
Widerständen
und
einer
Leuchtdiode
sowie
ein
GRUNDWISSEN WIDERSTAND:
Verschiedene Verbraucher (z.B. Glühlampe, Leuchtdiode, Widerstände) sowie ein
Digitalmultimeter.
STATION 1:
Ein Widerstandsbrett mit zwölf unterschiedlichen Widerständen. Es kann leicht durch
Schüler hergestellt werden. Die Widerstände werden um die in Pressspanbretter
geschlagenen Drahtstifte gewickelt und verlötet. Notwendig ist ein Widerstandsbrett für
zwei Schüler bei Partnerarbeit, ebenso ein Digitalmultimeter.
STATION 6:
Drei gleich große Widerstände (jeweils 1kOhm) werden in Reihe geschaltet. Der Aufbau
erfolgt auf einem Pressspanbrett mit Drahtstiften.
STATION 7:
Drei unterschiedlich große Widerstände (1,5kOhm, 3,3kOhm, 5,6kOhm) werden in Reihe
geschaltet. Der Aufbau erfolgt auf einem Pressspanbrett mit Drahtstiften.
STATION 9:
Eine 9V-Batterie mit einem Vorwiderstand von 390 Ohm werden auf einem
Pressspanbrett befestigt. Der Anschluss der Leuchtdiode erfolgt durch Drahtstifte, an die
die Leuchtdiode gehalten wird.
STATION 10: Eine 9V-Batterie mit einem Vorwiderstand von 390 Ohm
für eine rote Leuchtdiode und mit einem
MP MP MP
M Vorwiderstand
von 330 Ohm für eine grüne Leuchtdiode werden auf einem
Pressspanbrett befestigt.
STATION 11:
Zwei verschiedenfarbige Leuchtdioden werden
mit jeweils einem Vorwiderstand in Reihe geschaltet.
STATION 12:
Keine Hardware notwendig.
STATION 13:
Verschiedene Kataloge von Elektronik- Anbietern, evtl. Internet Recherche.
STATION 14:
Eine rote und eine grüne Leuchtdiode mit einem
gemeinsamen Vorwiderstand werden mit einem
Kondensator 10µF sowie einem Taster zusammengeschaltet.
STATION 15:
Eine rote und eine grüne Leuchtdiode mit einem
gemeinsamen Vorwiderstand werden mit einem
Kondensator 100µF sowie einem Taster zusammengeschaltet.
STATION 16:
Keine Hardware notwendig. Arbeitsblatt: Kondensatoren
Zur Spannungsversorgung
Die Versorgung der Schaltungen ist über 9V Blockbatterien möglich, die auf der Hardware der Stationen
befestigt sind. Es ist jedoch auch möglich, die Batterien nicht in den Stationen zu lassen. An einem 9VClips werden kleine Krokoklemmen befestigt, die dann die Spannung von einer beweglichen 9V Batterie
zu der Hardware bringt.
Einleitung
Die Elektronik ist Grundlage vieler weit verbreiteter Geräte, Abläufe und
Steuerungen.
Um die Funktionsweise zu verstehen, ist es notwendig, die Eigenschaften der
verwendeten Bauteile kennen und verstehen zu lernen.
Hier erfährst du, welche elektronischen Grundlagen dahinter stehen. Das
besondere an diesem Kurs ist, dass du diese Grundlagen durch Versuche an
verschiedenen Stationen selbst erarbeitest.
Du führst über deinen Arbeitsfortschritt selbst Buch und notierst die
Bearbeitung der verschiedenen Stationen.
Um diese Stationen bearbeiten zu können, wirst du zuerst die wichtigen
Begriffe
Strom,
Spannung,
Widerstand
erarbeiten. Die Zusammenfassung und eine Anwendung des
Ohmschen Gesetzes
folgen. Diese drei Begriffe bilden die Grundlage eines Kurses, der in 16
Stationen Informationen über
Widerstände,
Leuchtdioden,
Kondensatoren
gibt.
Du wirst an kleinen Schaltungen Messungen durchführen, Messwerte
notieren und die Theorie praktisch nachvollziehen können. Die Messungen
wirst du mit einem
Digitalmultimeter
durchführen.
Die Ergebnisse deiner Versuche, Merksätze und Regeln werden von dir
aufgeschrieben. Dadurch erhältst du ein kleines, selbst geschriebenes
Nachschlagewerk.
Vielleicht wird dein Interesse für die Elektronik geweckt und du bist dann auf
dem Weg, die ein neues, interessantes und spannendes Hobby zu erarbeiten.
Arbeit mit den Stationen
Wenn du die Stationen aufmerksam durcharbeitest, hast du einen Einführung
in den Bereich Elektronik erhalten.
Die Arbeitsblätter sollen in
bearbeitet werden.
Einzelarbeit
bzw. in
Partnerarbeit
(zu zweit)
Damit du eine Kontrolle über deine Arbeit hast, sollst du auf diesem Blatt die
bearbeiteten Stationen mit Datum und deinem Namen abzeichnen.
Viel Erfolg bei deiner Arbeit.
Grundwissen
Spannung
Strom
Widerstand
Station
Widerstände
Station 1
Station 2
Station 3
Station 4
Station 5
Station Messen an
Widerständen
Station 6
Station 7
Station 8
Station
Leuchtdioden LED
Station 9
Station 10
Station 11
Station 12
Station 13
Einzelarbeit
E.- bzw. P.Arbeit
Bearbeitet am
Bearbeitet am
E.- bzw. P.- Arbeit
E.- bzw. P.Arbeit
Deine Unterschrift
Bearbeitet am
Bearbeitet am
Deine Unterschrift
Deine Unterschrift
Deine Unterschrift
Station
Kondensatoren
Station 14
Station 15
Station 16
E.- bzw. P.- Arbeit
Bearbeitet am
Deine Unterschrift