Technik-Projekt: LED-Taschenlampe

Ulrich Jucknischke
Das Technik-Projekt
LED Taschenlampe
Technik-Projekt: LED-Taschenlampe
Probleme des Faches Physik:
• Wenig Motivation bis Ablehnung bei den
Schülern.
• Zuviel Theorie ohne schülerinteressierende
Anwendungen.
• Dadurch Nachwuchsprobleme im
Fachstudium und bei den
Ingenieurwissenschaften.
Technik-Projekt: LED-Taschenlampe
Probleme das Faches Technik:
• Gute Projekte mit anspruchsvollen
physikalischen Inhalten.
• Reduzierung des Faches Technik in einigen
Bundesländern.
• Falsche Einschätzung der Möglichkeiten
und Notwendigkeit des Faches Technik.
.
Technik-Projekt: LED-Taschenlampe
Ein Lösungsansatz:
Darstellung des Potentials der
Veränderungsmöglichkeiten durch
die Durchführung angemessener
technischer Projekte mit
physikalischen Inhalten.
Technik-Projekt: LED-Taschenlampe
Ein Lösungsansatz:
„Das Technik- Projekt
LED-Taschenlampe“
LED-Taschenlampe
Die Versuchsplatine 1. Lektion
Die Versuchsplatine 1. Lektion
Ergebnis:
Die Leuchtdiode leuchtet nur, wenn die
Batterie in bestimmter Weise mit der
Leuchtdiode verbunden ist.
Die Versuchsplatine 1. Lektion
Physikalische Inhalte:
Eigenschaften, Bedeutung und
Benennung der Bauteile Batterie,
Widerstand, Leuchtdiode; speziell
Polung von Batterie und Leuchtdiode.
Schaltplan
1. Lektion
• Die Leuchtdiode ist gepolt, d.h. sie
leuchtet nur, wenn an der Anode der
Plusanschluss und an der Kathode der
Minusanschluss der Batterie ist.
• Der Vorwiderstand schützt die
Leuchtdiode vor zu hohen Strömen.
Die Versuchsplatine 2. Lektion
Die Versuchsplatine 2. Lektion
Ergebnis:
Die Leuchtdiode leuchtet nur
kurz auf, wenn die Batterie
angeschlossen wird, danach
bleibt sie dunkel.
Die Versuchsplatine 2. Lektion
Physikalische Inhalte:
Eigenschaften, Bedeutung und
Benennung des Kondensators;
Kondensator als Energiespeicher;
Spannungsverlauf beim Laden/
Entladen.
Schaltplan 2. Lektion
Die Leuchtdiode zeigt den
Strom an, der durch die
Leuchtdiode und den
Widerstand zum Kondensator
fließt. Wenn der Kondensator
geladen ist, fließt kein Strom
mehr durch die Schaltung.
Schaltplan 2. Lektion
• Ein Kondensator hat die
Fähigkeit, Strom zu speichern.
• Da die beiden
Kondensatorplatten den
Stromkreis trennen, kann nur der
Ladestrom des Kondensators
fließen.
Die Versuchsplatine 3. Lektion
Ergebnis:
Die
Leuchtdiode
leuchtet nicht.
Die Versuchsplatine 3. Lektion
Die Leuchtdiode leuchtet nicht, weil
der Widerstand des menschlichen
Körpers für diese Schaltung zu groß
ist.
Die Versuchsplatine 3. Lektion
Physikalische Inhalte:
Körperwiderstand;
Gefahren des elektrischen Stromes
Die Versuchsplatine 4. Lektion
Die Versuchsplatine 4. Lektion
• Die Leuchtdiode leuchtet, wenn der
Anschluss des Basiswiderstandes mit
dem Plusanschluss der Schaltung
verbunden wird.
Das gilt auch, wenn der Basiswiderstand
über eine Menschenkette mit dem
Plusanschluss verbunden wird.
Die Versuchsplatine 4. Lektion
• Der Transistor verstärkt
den kleinen Basis-Strom.
Die Leuchtdiode leuchtet,
wenn der Basiswiderstand
mit dem Plusanschluss der
Schaltung verbunden wird.
4. Lektion
Physikalische Inhalte:
Eigenschaften, Bedeutung und
Benennung des Transistors;
Transistor als Schalter;
Spannungsbedingungen am
Schalteingang, der Basis;
Basisvorwiderstand.
Die Versuchsplatine 5. Lektion
Die Versuchsplatine 5. Lektion
ERGEBNIS:
Wird der freie Anschluss des
geladenen Kondensators an Minus
gehalten, verlöscht die LED
kurzzeitig, danach leuchtet sie
wieder.
Die Versuchsplatine 5. Lektion
Die Ladung des
Kondensators
bestimmt die
Leuchtpause
der LED.
Die Versuchsplatine 5. Lektion
Physikalische Inhalte:
Verknüpfung der Ladung/ Entladung
eines Kondensators mit dem
Steuereingang des Transistors.
Spannungsverlauf bei der Ladung,
Spannung an der Basis.
Die Versuchsplatine 6. Lektion
Die Versuchsplatine 6. Lektion
• Beide Schaltungen
• arbeiten gleich.
• Beide LEDs leuchten.
Physikalische Inhalte:
Doppelte Grundschaltung eines
durchgesteuerten Transistors.
Die Versuchsplatine 7. Lektion
Die Versuchsplatine 7. Lektion
ERGEBNIS:
Beide Leuchtdioden
blinken abwechselnd.
Die Versuchsplatine 7. Lektion
Physikalische Inhalte:
Verknüpfung der beiden Schaltungen
durch Kondensatoren. Erarbeitung der
Abhängigkeiten.
Erläuterungen zur Bedeutung des
„Astabilen Multivibrators“.
Die Versuchsplatine 8. Lektion
Die Versuchsplatine 8. Lektion
ERGEBNIS:
Beide Leuchtdioden
Pause.
leuchten
ohne
ERKENNTNIS:
Durch die kleineren Kondensatoren wird
die Geschwindigkeit des Multivibrators
erhöht. Das Auge kann die Leuchtpause
nicht mehr wahrnehmen.
Die Versuchsplatine 8. Lektion
Physikalische Inhalte:
Einfluss der Kapazität des
Kondensators auf die
Geschwindigkeit des Multivibrators;
Trägheit des Auges.
Die Versuchsplatine 9. Lektion
Die Versuchsplatine 9. Lektion
ERGEBNIS: Auch die weiße Leuchtdiode
leuchtet dauernd.
• ERKENNTNIS: Die Schaltung arbeitet
auch mit einer weißen LED.
Physikalische Inhalte:
Eigenschaften einer weißen Leuchtdiode.
Die Versuchsplatine 10. Lektion
10. Lektion
Ergebnis: Keine Leuchtdiode leuchtet.
• Erkenntnis: So
funktioniert
die
Schaltung mit 1,5 Volt nicht. Es muss
etwas gefunden werden, dass den
Betrieb mit 1,5 V ermöglicht.
Physikalische Inhalte: Korrekte
Arbeitsspannung von elektronischen
Bauteilen; Elektromagnetische
Induktion; Spule.
Die Versuchsplatine 11. Lektion
Induktivität (Spule)
statt Vorwiderstand
Widerstand 1 kΩ
Die Versuchsplatine 11. Lektion
Ergebnis:
Die weiße LED leuchtet.
1 kΩ
Die Versuchsplatine 11. Lektion
• Physikalische Inhalte:
Eigenschaften der
elektromagnetischen Induktion; Spule,
weiße LED.
Eigenschaften der veränderten
Schaltung
ZUSAMMENFASSUNG
• Das Projekt LED Taschenlampe lässt
sich auch ohne Durchführung der elf
Lektionen fertigen. Die Bearbeitung der
Lektionen setzt die Schüler in die Lage,
ihr gefertigtes Projekt zu optimieren.
• Die Erarbeitung der prinzipiellen
Funktionsweise der Schaltung der LEDTaschenlampe ermöglicht den
Schülern, begründete technische
Veränderungen im durchzuführen.
ZUSAMMENFASSUNG
Neben dem Erwerb der technischen
Fähigkeiten bei der Produktion der
Taschenlampe haben die Schüler die
folgenden physikalische Inhalte kennen
gelernt:
ZUSAMMENFASSUNG
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Spannung
Spannungsquelle
Polung
Strom
Widerstand
Kondensator
Kapazität
Transistor
Frequenz
Induktion
Das Projekt LED- Taschenlampe
Ich bedanke mich
für Ihre
Aufmerksamkeit
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