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Aufgaben Versuchsvorbereitung Level B
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| bet | 50/59 | | Sana | 30.12.2019 | | Hajmi | 6,31 Mb. | | #6561 |
Bei der Erdung kommt es zum Ladungsaustausch.
Bei der Erdung spielt die Größe der Körper und die Stärke der Ladung eine wesentliche Rolle.
Der Name ist bei beiden gleich. Das kommt daher, dass der Planet Erde der größte für uns erreichbare Körper ist, in den wir alle Ladungen ableiten können und der trotzdem neutral bleibt.
In einem Schnapsglas voll Wodka ist ordentlich Alkohol drin. Wird von einem Longdrink Wodka-Red Bull ein Schnapsglas voll getrunken, hat sich die Alkoholmenge mehr als halbiert. Wird eine Flasche Wodka in eine Badewanne voll Wasser geleert und davon wiederum ein Schnapsglas voll getrunken, ist die getrunkene Alkoholmenge fast nicht nachweisbar.
1 Elektroskop, 1 Glasstab, 1 Kunststoffstab und 1 Baumwolltuch
Im ersten Teil wird ein Elektroskop einmal positiv und einmal negativ geladen. Nach dem Laden wird das Elektroskop mit dem Finger berührt und der Zeigerausschlag beobachtet.
1 Elektroskop, 1 Glasstab, 1 Kunststoffstab und 1 Baumwolltuch
Im zweiten Teil wird ein positiv geladener Stab mit einem negativ geladenen Stab zum Ladungsaustausch gebracht. Es wird am Elektroskop überprüft, ob die Ladungen sich gegenseitig ausgelöscht haben.
Im dritten Teil wird erst ein positiv, dann ein negativ geladener Stab am Elektroskop abgestreift. Beim Abstreifen des zweiten Stabes wird das Elektroskop beobachtet.
Räumen Sie den Versuch auf.
Aufgaben Versuchsnachbereitung Level B
Der Glasstab ist positiv geladen, der Kunststoffstab ist negativ geladen.
Der Zeiger schlägt aus.
Der Zeigerausschlag geht wieder zurück.
Die Ladung wandert durch die Finger in den menschlichen Körper.
Der Zeiger schlägt aus.
Der Zeiger schlägt aus.
Protokoll:
Material: 1 Elektroskop, 1 Glasstab, 1 Kunststoffstab und 1 Baumwolltuch
Versuchsaufbau:
 
Elektroskop
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geladener Glasstab
ungeladener Finger
geladener Kunststoffstab
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Bild des Autors
Durchführung: Im ersten Teil wird ein Elektroskop einmal positiv und einmal negativ geladen. Nach dem Laden wird das Elektroskop mit dem Finger berührt und der Zeigerausschlag beobachtet. Im zweiten Teil wird ein positiv geladener Stab mit einem negativ geladenen Stab zum Ladungsaustausch gebracht. Es wird am Elektroskop überprüft, ob die Ladungen sich gegenseitig ausgelöscht haben. Im dritten Teil wird erst ein positiv, dann ein negativ geladener Stab am Elektroskop abgestreift. Beim Abstreifen des zweiten Stabes wird das Elektroskop beobachtet.
Beobachtung:
Vorgang
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Anzeige am Elektroskop
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Glasstab abgestreift
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Ausschlag
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Mit Finger berührt
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kein Ausschlag
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Kunststoffstab abgestreift
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Ausschlag
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Mit Finger berührt
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kein Ausschlag
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Nach dem Zusammenbringen einen Stab abgestreift
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Ausschlag
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Mit Finger berührt
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kein Ausschlag
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Ersten Stab abgestreift
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Ausschlag
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Zweiten Stab abgestreift
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Ausschlag
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Ergebnis: Bei der Erdung kommt es zu einem Ladungsaustausch. Bei einem Ladungsaustausch werden die Ladungen und die Körpergrößen miteinander verglichen. Hinterher sind beide Körper gleich stark geladen. Von sehr viel größeren Körpern wird die Ladung aufgenommen ohne, dass sie geladen werden. Der Versuch gegenteilige Ladungen miteinander zu neutralisieren, funktioniert nicht.
Aufgaben Versuchsvorbereitung Level C
Influenz heißt ein physikalisches Phänomen bei dem sich Ladungen ohne Berührung bewegen lassen.
Die Influenz funktioniert nur in elektrisch leitfähigen Materialien wie zum Beispiel Metall.
Da der vorher neutrale Körper mit keinem anderen Körper in Kontakt kam, ist er weiterhin insgesamt neutral.
Zwischen den zusätzlichen Elektronen herrschen Abstoßungskräfte. Deshalb verteilen sich die Elektronen gleichmäßig mit möglichst großem Abstand auf der Oberfläche des Körpers.
Ein geladener Luftballon wird in die Nähe eines geladenen Elektroskops gebracht und der Zeiger des Elektroskops beobachtet. Während der Ballon in der Nähe ist, wird der Metallteller des Elektroskops kurz mit dem Finger berührt. Anschließend wird der Ballon wieder aus der Nähe entfernt und der Zeiger des Elektroskops beobachtet.
Räumen Sie den Versuch auf.
Aufgaben Versuchsnachbereitung Level C
Der Zeiger und der Metallstab sind aus Metall.
Das Elektroskop ist nicht geladen und damit neutral.
Der Zeiger schlägt nicht aus.
Der Zeiger schlägt aus.
Das Elektroskop bleibt im Ganzen weiterhin neutral geladen, da der Luftballon das Elektroskop nicht berührt.
Der Metallteller mit dem oberen Teil des Metallstabes ist positiv geladen, da die negativ geladenen Elektronen vom elektrischen Feld des Luftballons in die unteren Bereiche weggedrückt wurden. Der Zeiger und der untere Teil des Metallstabes sind negativ geladen.
Der Zeiger schlägt aus. Das Elektroskop ist elektrisch geladen.
Das Elektroskop ist hinterher negativ geladen.
Durch die Berührung mit der Hand kam es zum Ladungsausgleich zwischen der neutralen Hand und dem positiv geladenen Metallteller. Es sind Elektronen ins Elektroskop hinzugekommen um die Ladungen insgesamt auszugleichen.
Protokoll:
Material: 1 Elektroskop, 1 Luftballon und 1 Stück Fell
Versuchsaufbau:
Bild des Autors
Durchführung: Ein geladener Luftballon wird in die Nähe eines geladenen Elektroskops gebracht und der Zeiger des Elektroskops beobachtet. Während der Ballon in der Nähe ist, wird der Metallteller des Elektroskops kurz mit dem Finger berührt. Anschließend wird der Ballon wieder aus der Nähe entfernt und der Zeiger des Elektroskops beobachtet.
Beobachtung: Kommt der Ballon in die Nähe des Elektroskops, schlägt der Zeiger aus. Wird der Ballon wieder entfernt, geht der Zeigerausschlag wieder zurück. Wird das Elektroskop kurz berührt, während der Ballon in der Nähe ist, bleibt der Zeigerausschlag nach dem Entfernen des Ballons erhalten.
Ergebnis: Mit Hilfe der Influenz lassen sich Ladungen verschieben. Dies geht nur bei elektrisch leitfähigen Materialien wie zum Beispiel Metallen.
Wiederholungsaufgaben zu den Experimenten
Die Influenz bewirkt eine Ladungsverschiebung. Ladungen werden in elektrisch leitfähigen Körpern durch die in den elektrischen Feldern wirkenden Kräfte entsprechend der Ladungsart verschoben. In neutralen Körpern werden die Ladungen getrennt und dann verschoben.
Durch das elektrische Feld des Ballons stößt der Ballon die Elektronen in den Papierschnipseln von sich weg. Allerdings können die Elektronen in den Papierschnipseln nicht weit weg, da sie an ihren Platz im Atom gebunden sind. Allerdings bewegen sie sich doch soweit innerhalb der Atomhülle, dass es insgesamt zu einer Ladungsverschiebung innerhalb jedes einzelnen Atoms kommt. Im Papierschnipsel sind jetzt die Bereiche, die vom Ballon angezogen werden etwas näher am Ballon als die Bereiche, die abgestoßen werden. Da die Kräfte aufgrund der unterschiedlichen Entfernung auch unterschiedlich groß sind, kommt es zu einer Anziehungsreaktion zwischen Ballon und Papierschnipsel.
Ein geladener Körper muss nur elektrisch leitfähig mit einem wesentlich größeren neutral geladenen Körper in Kontakt gebracht werden. Dann kommt es zum Ladungsaustausch und der kleine geladene Körper ist wieder neutral.
Der Planet Erde ist der größte Körper in erreichbarer Nähe. Blitze bestehen aus großen Ladungen, die für den Menschen und seine Gebäude gefährlich sind. Wenn die Ladungen direkt in die Erde abgeleitet werden können, werden sie von der Erde aufgenommen und sind dann für den Menschen nicht mehr gefährlich. Der Blitzableiter steckt tief oder an sehr langen Strecken in der Erde drin, damit der Blitz an möglichst vielen Stellen mit der Erde in Berührung kommt und so die Ladungen schnell weiter abgeleitet werden.
Eine Metallkugel leitet Ladungen weiter. Zusätzliche Elektronen entsprechen zusätzlichen negativen Ladungen. Zwischen den Ladungen entstehen Abstoßungskräfte. Hinterher haben sich alle zusätzlichen Elektronen möglichst weit voneinander entfernt und sind dann gleichmäßig über die Oberfläche verteilt.
Ein Luftballon leitet Ladungen nicht weiter. Zusätzliche Elektronen entsprechen zusätzlichen negativen Ladungen. Zwischen den Ladungen entstehen zwar Abstoßungskräfte, allerdings haben die keinen Einfluss auf die zusätzlichen Elektronen, da sie sich nicht weiter bewegen können. Sie bleiben da, wo sie aufgebracht wurden.
Die Influenz bewirkt eine Ladungsverschiebung.
Influenz funktioniert bei Materialien, die elektrisch leitfähig sind, wie zum Beispiel Metallen.
Ein geladener Körper muss nur elektrisch leitfähig mit einem wesentlich größeren neutral geladenen Körper in Kontakt gebracht werden. Dann kommt es zum Ladungsaustausch und der kleine geladene Körper ist wieder neutral.
Der Planet Erde ist der größte Körper in erreichbarer Nähe. Blitze bestehen aus großen Ladungen, die für den Menschen und seine Gebäude gefährlich sind. Wenn die Ladungen direkt in die Erde abgeleitet werden können, werden sie von der Erde aufgenommen und sind dann für den Menschen nicht mehr gefährlich. Der Blitzableiter steckt tief oder an sehr langen Strecken in der Erde drin, damit der Blitz an möglichst vielen Stellen mit der Erde in Berührung kommt und so die Ladungen schnell weiter abgeleitet werden.
Bei der Erdung ist es entscheidend, dass der geladene Körper mit einem möglichst großen neutralen Körper in Kontakt gebracht wird. Je größer ein Körper ist, desto mehr Ladungen kann er aufnehmen ohne, dass er selbst elektrisch geladen wird. Die Stärke der Ladung ist abhängig von der Größe des Körpers.
Eine Metallkugel leitet Ladungen weiter. Zusätzliche Elektronen entsprechen zusätzlichen negativen Ladungen. Zwischen den Ladungen entstehen Abstoßungskräfte. Hinterher haben sich alle zusätzlichen Elektronen möglichst weit voneinander entfernt und sind dann gleichmäßig über die Oberfläche verteilt.
Ein Luftballon leitet Ladungen nicht weiter. Zusätzliche Elektronen entsprechen zusätzlichen negativen Ladungen. Zwischen den Ladungen entstehen zwar Abstoßungskräfte, allerdings haben die keinen Einfluss auf die zusätzlichen Elektronen, da sie sich nicht weiter bewegen können. Sie bleiben da, wo sie aufgebracht wurden.
Die Influenz bewirkt eine Ladungsverschiebung.
Influenz funktioniert bei Materialien, die elektrisch leitfähig sind, wie zum Beispiel Metallen.
Die Erdung heißt Erdung, weil sie mit dem gleichnamigen Planeten Erde zu tun hat. Bei der Erdung wird ein geladener Körper in Kontakt mit einem viel größeren elektrisch neutral geladenen Körper gebracht. Der größte, einfach für uns Menschen zu erreichende neutral geladene Körper ist der Planet Erde. Deshalb heißt die Erdung Erdung.
Körper werden geerdet, damit sie elektrisch neutral werden beziehungsweise elektrisch neutral geladen bleiben.
Elektrisch leitfähig sind viele Metalle, aber auch Wasser oder Lebewesen.
Zu den Nichtleitern zählen viele Nichtmetalle wie zum Beispiel Kunststoffe oder andere Baustoffe wie Stein, Beton, Holz, Glas, …
Zwischen den zusätzlichen Elektronen herrschen Abstoßungskräfte, da die Elektronen alle gleich, nämlich negativ, geladen sind.
Kompetenzbereich
Bewertung
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Lernfortschritt
LFS 2+3
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Materialien/Titel
Elektrostatik – Anwendungen
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Physik
Ph04.02.01
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Kompetenz:
Ich kann die Entdeckung des Kopierers für die Gesellschaft beschreiben.
Ich kann die Nutzung der Elektrostatik in Kopierern und Elektrofiltern kommentieren.
Ich kann die Gefährdung durch Blitze und entsprechende Schutzmechanismen nennen und bewerten.
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LernPROJEKT
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LernTHEMA
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LernSCHRITT
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Hauptbezug:
Ich kann Auswirkungen physikalischer Erkenntnisse in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen nennen.
Ich kann gegebene Lösungen unter Berücksichtigung physikalischer Aspekte beurteilen und kommentieren.
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Weitere Bezüge:
| Lernschrittplanung
Phase
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Zeit
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Aufgabe
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Beginn der Stunde
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Wiederholung der Lerninhalte von der letzten Einheit
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Aufgabenverteilung, Aufgabenklärung, Unterstützung bei der Gruppenfindung
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Gruppenfindung, Aufgabenklärung
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Erstellung einer Präsentation zu einer aktuellen Anwendung
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Präsentation
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Bilder besprechen im Plenum, Wiederholen der gelernten Inhalte
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Domino
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Lernkärtchen erstellen und sortieren
| Wiederholung
Die Schülerinnen und Schüler wiederholen die Inhalte der letzten Stunden. Die Schülerinnen und Schüler kennen die Elektrostatik mit Anziehungs- und Abstoßungsphänomenen basierend auf elektrischen Feldern, kennen geladene Körper in den beiden Ladungsarten, wissen wie Körper elektrisch neutralisiert werden und können sich unter Influenz etwas vorstellen.
Aufgabenklärung
Die Schülerinnen und Schüler sollen eine kleine Präsentation zu einer von ihnen gewählten Anwendung der Elektrostatik erstellen und halten. Zur Auswahl könnten folgende Themen stehen:
Die Liste kann gerne auch erweitert werden.
Wie entsteht ein Blitz?
Wie funktioniert ein Kopierer? (Xerografie)
Wie funktioniert ein Blitzableiter am Haus?
Wie funktioniert ein Elektrofilter?
Wie wird elektrostatisch lackiert?
Wie wird ein Metall verchromt? (Galvanisieren)
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