Buss-Haskert/Strom und Magnetismus/Schaltungspraktikum

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5) Das Schaltungspraktikum

Nun hast du den einfachsten Stromkreis bestehend aus einer Glühlampe und einem Schalter kennen gelernt. In diesem Schaltungspraktikum wirst du nun mehrere Lämpchen und Schalter in Stromkreisen anordnen.

Um Schaltungsprofi zu werden, wirst du mehrere Schaltungen mit Hilfe von Arbeitsblättern aufbauen und in deinem Heft dokumentieren.
Du wirst dabei zeitweise alleine (EA), zu zweit (PA) und in einer Gruppe (GA) arbeiten.

Nachdem du einige Pflicht-Schaltungen (P) erarbeitet hast, wirst du eine Selbstkontrolle durchführen und dann entscheiden, ob du eine Wiederholungsschleife einlegst, um wirklich fit zu sein, oder ob du dich in der Champions-League der Schaltungsprofis (CL) mit besonders kniffligen Schaltungen beschäftigst. Falls du noch Zeit hast, kannst du noch Wahlaufgaben (W) bearbeiten. 

Die Leistungsbewertung deines Schaltungspraktikums hängt ab
- von der Vollständigkeit, Richtigkeit und Übersichtlichkeit deiner Dokumentation im Heft,
- von deinem Schaltungsprofi-Wissen (Abschlusstest),
- vom Schwierigkeitsgrad der von dir bearbeiteten Schaltungsaufgaben.

Außerdem kannst du Zusatzpunkte durch die Bearbeitung von Wahlaufgaben und durch die eigenständige Ergänzung (z.B. durch zusätzliche Informationen und Materialien) deines Heftes erreichen.

Bearbeite den Lernpfad gewissenhaft. Der Arbeitsplan hilft dir, die Übersicht zu behalten.

5.1 Reihen- und Parallelschaltung

Reihen-und Parallelschaltung - Aufbau

Baue einen Stromkreis mit 2 Lämpchen (und einer Batterie und Kabeln). Findest du zwei verschiedene Möglichkeiten? Zeichne jeweils die Schaltpläne in dein Heft.

1. Möglichkeit: Ordne die Lämpchen nacheinander an, der Strom muss dann der Reihe nach durch sie hindurchfließen. Diese Schaltung heißt Reihenschaltung.

So könnte deine Schaltung aussehen:

So sieht der Schaltplan einer Reihenschaltung aus:

2. Möglichkeit: Ordne die Lämpchen so an, dass jedes Lämpchen einen eigenen Stromkreis mit der Batterie bildet. Diese Schaltung heißt Parallelschaltung

So könnte deine Schaltung aussehen:

So sieht der Schaltplan einer Parallelschaltung aus:

Der Schaltplan kann auch so aussehen:

Oder so:

Reihen-und Parallelschaltung - Beobachtungen

Du hast zwei Möglichkeiten gefunden, wie du zwei Lämpchen an eine Batterie anschließen kannst:
Die Reihenschaltung und die Parallelschaltung. Finde nun Besonderheiten dieser beiden Schaltungen heraus:
1. Baue gemeinsam mit deinem Partner/deiner Partnerin einen Stromkreis mit nur einem Lämpchen auf. Vergleiche nun die Helligkeit der Glühlämpchen in der Reihenschaltung und in der Parallelschaltung mit der Helligkeit der einzelnen Lampe.

2. Drehe in der Reihenschaltung und in der Parallelschaltung jeweils 1 Lämpchen heraus. Was geschieht mit dem anderen Lämpchen?

Reihen- und Parallelschaltung - Ergebnis

Zwei oder mehr Lampen können in Reihe oder parallel geschaltet werden:

Reihenschaltung:
Eine Reihenschaltung besteht aus einem einzigen Stromkreis.

Die Lämpchen leuchten weniger hell als ein Lämpchen allein. Wird eine Lampe herausgedreht, geht auch die andere Lampe aus.

Parallelschaltung:
In einer Parallelschaltung hat jede Lampe einen eigenen Stromkreis.

Die Lämpchen leuchten genauso hell wie ein Lämpchen allein. Wird eine Lampe herausgedreht, leuchtet die andere weiter.

 

Bist du fit? Wende dein Wissen an:

Löse die Aufgabe aus LEIFIphysik in deinem Heft:
1. Verzwickter Stromkreis 1
2. Verzwickter Stromkreis 2

Reihen-und Parallelschaltung - Sprinteraufgabe Simulation

Simuliere die Reihen- und Parallelschaltung mithilfe von PHET-Colorado:phet.colorado.
Wähle "Intro" und baue die Stromkreise.

Übungen zur Reihen- und Parallelschaltung

Löse nun die Aufgaben zur Reihen- und Parallelschaltung in deinem Anton-Account.

5.2 UND- und ODER-Schaltung

Wiederholung: Ein-Aus-Schaltung (Taschenlampenschaltung)

Baue mit deiner Batterie, einem Schalter (ON/OFF), einem Lämpchen und Kabeln einen Stromkreis, in dem du die Lampe ein- und wieder ausschalten kannst.

Bei der UND- und ODER-Schaltung werden zwei Schalter auf verschiedene Art in einen Stromkreis geschaltet.

UND-Schaltung (Sicherheitsschaltung)

Baue zwei Schalter (ON/OFF) hintereinander (in Reihe) in einen Stromkreis mit einer Lampe. Zeichne den entsprechenden Schaltplan in dein Heft.
Schließe nun zunächst nur Schalter 1, danach nur Schalter 2 und zum Schluss Schalter 1 und Schalter 2. Was beobachtest du?

1. Schalter geschlossen

2. Schalter geschlossen

1. UND 2. Schalter geschlossen

UND-Schaltung - Ergebnis

Bei der UND-Schaltung sind die Schalter in Reihe hintereinander geschaltet.

Es müssen beide Schalter geschlossen sein, damit die Lampe leuchtet.
Beispiele für die UND-Schaltung sind Sicherheitsschaltungen, wie bei einer Heckenschere, einer Papierschneidemaschine oder bei einer Waschmaschine.

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Übung: Mikrowelle

Löse Buch S. 134 das Experiment Nr. 1. Verwende statt des Motors ein Lämpchen. Notiere die Lösungen zu b) und c) in dein Heft.

Diese Aufgabe bezieht sich auf die neue Ausgabe des Buches und kann nur im Präsenzunterricht bearbeitet werden!

ODER-Schaltung

Baue zwei Schalter (ON/OFF) parallel in einen Stromkreis mit einer Lampe. Zeichne den entsprechenden Schaltplan in dein Heft.
Schließe nun zunächst nur Schalter 1, danach nur Schalter 2 und zum Schluss Schalter 1 und Schalter 2. Was beobachtest du?

1. Schalter geschlossen

2. Schalter geschlossen

ODER-Schaltung - Ergebnis

Bei der ODER-Schaltung sind die Schalter parallel geschaltet.

Damit die Lampe leuchtet, muss nur ein Schalter geschlossen sein.
Ein Beispiel für die ODER-Schaltung ist die Klingel-Schaltung in Hochhäusern.

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Übung: Klingelschaltung

Löse Buch S. 134 das Experiment Nr. 2. Verwende statt des Summers ein Lämpchen. Notiere die Lösungen zu b) und c) in dein Heft.

Diese Aufgabe bezieht sich auf die neue Ausgabe des Buches und kann nur im Präsenzunterricht bearbeitet werden!

Übungen zur UND- und ODER-Schaltung

Löse nun die Aufgaben zur UND- und ODER-Schaltung in deinem Anton-Account.

Sprinteraufgabe

Bearbeite die nachfolgenden Applets.

Originallink https://www.geogebra.org/m/smzcu2hh

Originallink https://www.geogebra.org/m/ahpfgpgn

Originallink https://www.geogebra.org/m/nfnuwrjt

Originallink https://www.geogebra.org/m/n8ypahyq

Originallink https://www.geogebra.org/m/sd8jdzud

Applets von Johannes Almer/Herr Mek

Vermischte Übungen

Löse S. 135 die Aufgaben 1 und 2 in deinem Heft.

Diese Aufgabe bezieht sich auf die neue Ausgabe des Buches und kann nur im Präsenzunterricht bearbeitet werden!

Bei der Klingelanlage handelt es sich um eine ODER-Schaltung. Wenn nun auch an der Gartenpforte geklingelt werden kann, muss ein weitere Schalter parallel zu den anderen beiden geschaltet werden. Ergänze den Schaltplan passend.

Ergänze die Tabelle um eine weitere Spalte:

Bei der Blechschneidemaschine handelt es sich um eine UND-Schaltung. Die Taster müssen also in Reihe geschaltet werden.

Ergänze die Tabelle um eine weitere Spalte:

5.3 Die Umschaltung

Die Umschaltung: Ist der Raum frei oder belegt?

Baue mit dem Umschalter (ON/ON) eine Schaltung, so dass immer eine Lampe leuchtet: grünes Lämpchen (Raum frei) oder rotes Lämpchen (Raum belegt). Zeichne den Schaltplan in dein Heft.

Beachte: Nutze beim Umschalter nur die Kontakte einer Seite.

Achte darauf, dass der Umschalter richtig gezeichnet ist! Vergleiche genau!

5.4 Die Wechselschaltung

Die Wechselschaltung: Licht an im Treppenhaus!

Baue mit zwei Umschaltern (ON/ON) und einer Lampe eine Schaltung, bei der du mit beiden Schaltern das Licht an und ausschalten kannst. Diese Schaltung findest du im Treppenhaus. Du kannst das Licht unten anschalten und oben ausschalten.
Zeichne den Schaltplan in dein Heft.

 

Du benötigst 2 Umschalter (ON/ON), eine Lampe, die Batterie und 5 Kabel.

Die Lampe befindet sich NICHT zwischen den Schaltern.

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Übung: Wechselschaltung

Löse die Aufgaben zur Wechselschaltung auf der Seite LEIFEphysik in deinem Heft. Aufgabe Wechselschaltung.

Übungen zur Umschaltung und Wechselschaltung

Löse nun die Aufgaben zur Umschaltung und Wechselschaltung in deinem Anton-Account.

Bist du fit? Wende dein Wissen an: Löse das Quiz zu einfachen Stromkreisen von LEIFTphysik: Quiz

Alles Klar? Dann geht es für dich in die CHAMPIONSLEAGUE.

6 Championsleague

Bearbeite knifflige Schaltungen, die Arbeitsblätter erhältst du von deiner Lehrerin/ deinem Lehrer.

6.1 Gemischte Schaltungen

Gemischte Schaltungen - Aufgabe 1

Material: 3 Lampen; 1 Batterie; Kabel

Aufgabe: Baue alle möglichen Schaltungen und notiere alle Schaltskizzen in der Tabelle. Überprüfe bei jeder Schaltung, was passiert, wenn man jeweils eine einzelne Lampe herausdreht. Probiere es jeweils für alle drei Lampen aus.

Reihenschaltung: (ergänze hier deinen Schaltplan; zeichne ins Heft)	Parallelschaltung: (ergänze hier deinen Schaltplan; zeichne ins Heft)
Gemischte Schaltung 1: (ergänze hier deinen Schaltplan; zeichne ins Heft)	Gemischte Schaltung 2: (ergänze hier deinen Schaltplan; zeichne ins Heft)

Nun wird es kniffliger...

Gemischte Schaltungen - Aufgabe 2

Material: 2 Lampen; 1 Schalter; 1 Batterie; Kabel
Aufgabe: Übertrag den folgenden Schaltplan in dein Heft.
a) Was geschieht, wenn du den Schalter schließt? Notiere deine Vermutung im Heft.

b) Überprüfe deine Vermutung, indem du die Schaltung nachbaust.

Es liegt eine Reihenschaltung von zwei Lampen vor, sie leuchten schwach. Legt man den Schalter um, so muss der Strom nicht durch die zweite Lampe fließen, sie leuchtet nicht mehr. Dafür leuchtet die erste Lampe nun stärker.

Nur für Profis...

Gemischte Schaltungen - Aufgabe 3

Material: 2 Lampen; 1 Schalter; 1 Batterie; Kabel
Aufgabe: Übertrag den folgenden Schaltplan in dein Heft.
a) Was geschieht, wenn du den Schalter schließt? Notiere deine Vermutung im Heft.

b) Überprüfe deine Vermutung, indem du die Schaltung nachbaust.

Es scheint, dass eine Reihenschaltung vorliegt. Aber durch die zusätzlichen Kabel werden die Lampen parallel geschaltet und leuchten heller.

6.2 Ampelschaltungen

Hast du schon einmal eine Ampel ganz genau beobachtet? Dann ist dir sicher aufgefallen, dass sie nicht nur zwischen rot, gelb und grün wechselt. Bei einem Wechsel von rot auf grün ist für kurze Zeit das rote und das gelbe Licht zu sehen. Bei einem Wechsel von grün auf rot sieht man für eine kurze Zeit nur das gelbe Licht.

In den Aufgaben erarbeitest du nach und nach diese Ampelschaltung. Achtung: Es wird knifflig...

Ampelschaltungen - Aufgabe 1

Aufgabe: Die Rot-Grün-Ampel: Baue eine Schaltung, mit der du zwischen rot und grün umschalten kannst. Notiere die Schaltskizze.

Ampelschaltungen - Aufgabe 2

Baue nun eine Schaltung, mit der du zwischen rot, gelb und grün umschalten kannst. Dabei soll entweder nur die rote oder die gelbe oder die grüne Lampe leuchten. Notiere auch hier die Schaltskizze.

Ampelschaltungen - Aufgabe 3

Baue nun eine Schaltung für eine "richtige" Ampel, mit der du zusätzlich rot und gelb anzeigen kannst. Notiere auch hier die Schaltskizze.