Hinweise zur CD 6

Zum Konzept der Galileo-Reihe 7


Teil A: Lösungsskizzen

1 Elektrizität - statisch und dynamisch 8
1.1 Experimente am Schreibtisch 8
1.2 Atome und Ionen (siehe Aufgabe K1.3) 9
1.3 Alles verstaubt so schnell 10
1.4 Ladungen - einzeln und in riesigen Mengen 11
1.5 Aufladen, bis es funkt 12
1.6 Eine "Blitzmaschine" 13
1.7 Schau hin, mach mit 13
1.8 Selbstbau-Elektroskop (Projektmöglichkeit) 15
1.9 Elektrisches Läutwerk 16

2 Ladungen unterwegs 17
2.1 Alltagssprache 17
2.2 In welche Richtung geht es denn? 17
2.3 Ampere in vielen Teilen 17
2.4 Andere Ströme 18
2.5 Altes Ampere 18
2.6 Einbauprobleme 19
2.7 Magnetismus selbst gemacht (Projektmöglichkeit) 19
2.8 Elektronenzählerei 21
2.9 Andere Messinstrumente (Projektmöglichkeit) 22
2.10 Richtungsspielereien 23

3 Eine spannende Sache: Ladungen im Angebot 24
3.1 Überall Spannung 24
3.2 Spannungsprobleme 24
3.3 Spannendes Telefongespräch 25
3.4 Spannungen groß und klein 25
3.5 Gegen- und miteinander 25
3.6 Damit müssen Sie rechnen 26
3.7 Kombinieren Sie (Projektmöglichkeit) 26
3.8 Ein Modell, ein Modell 27
3.9 Da fehlt doch noch was 28
3.10 Spannende Kontakte (Projektmöglichkeit) 28

4 Widerstände setzen Grenzen 29
4.1 Widerstand in der Sprache 29
4.2 Rechnen mit Widerstand 29
4.3 Glühlämpchen, Glühlämpchen glimm're 29
4.4 Widerstände von innen 30
4.5 Ohmsch oder nicht ohmsch? - Das ist hier die Frage 30
4.6 Ohmsche Ringe 32
4.7 Temperaturmessung 33
4.8 Widerstände im Voltmeter 34
4.9 Mit Widerständen schalten (Projektmöglichkeit) 35
4.10 Widerstand auf der ganzen Linie 36
4.11 Durch dick und dünn (Projektmöglichkeit) 37

5 Die "Stromrechnung" 38
5.1 Typisch Leistung 38
5.2 Leistungswäsche (Projektmöglichkeit) 39
5.3 Mechanische und elektrische Leistung (Projektmöglichkeit) 40
5.4 Stromstärken 41
5.5 Haushalt und Auto 41
5.6 Ampere stundenlang 42
5.7 Spülmaschinenfest 43
5.8 Schlechter Wirkungsgrad 43
5.9 Energiesparlampen 44
5.10 Stand-by 45
5.11 Leistungsbegrenzung 46
5.12 So ungefähr 47
5.13 Hohe Kosten 48
5.14 Fotovoltaik (Projektmöglichkeit) 48
5.15 Sparen als Energiequelle 49

6 Verteilung im Netzwerk 50
6.1 Eine kleine Messfibel 50
6.2 Eine Lampengirlande 50
6.3 Haushaltsgeräte 51
6.4 Eine verblüffende Lampenschaltung 52
6.5 Strombegrenzung bei Leuchtdioden 52
6.6 Innenwiderstände auch bei Batterien (Projektmöglichkeit) 53
6.7 Spannung teilen (Projektmöglichkeit) 55
6.8 Innenwiderstände von Messgeräten 57
6.9 Christbaumbeleuchtung mit Know-how 57
6.10 Ein variables Spannungsmessgerät 58
6.11 Ein variables Strommessgerät 59
6.12 Schaltarithmetik 60
6.13 Was gehört zusammen? 60
6.14 Eine Heizplatte 61
6.15 Eine Brücke zur Präzision (Projektmöglichkeit) 62
6.16 Ein Fön für alle Länder 64
6.17 Mein Wohnungsnetz (Projektmöglichkeit) 65
6.18 Wo ist der Außenleiter? 66
6.19 Ein Wohnungsnetz 67
6.20 Steckdosen 68
6.21 Sicherheit ist Trumpf 69
6.22 Gefahr im Badezimmer 70
6.23 Im Mittelpunkt steht der Neutralleiter 70
6.24 Energiesparmaßnahmen (Projektmöglichkeit) 71

7 Freie Bahn für Elektronen 72
7.1 Die Vakuumdiode 72
7.2 Erklärungsbedarf 73
7.3 Beschleunigungsarbeit und kinetische Energie 74
7.4 Der Leitungsprüfer 76
7.5 Das Oszilloskop (Projektmöglichkeit) 77
7.6 Anzeige und Polung 78

8 Magnetismus - ein weites Feld 79
8.1 Was ist magnetisch 79
8.2 Auf den Abstand kommt es an 79
8.3 Schau hin - mach mit 80
8.4 Selbst magnetisieren 80
8.5 Erklärungsbedarf 81
8.6 Magnete "zaubern" Bilder (Projektmöglichkeit) 82
8.7 Merkregel für Elektromagnete 83
8.8 Noch eine Merkregel 838.9 Schleifen 84
8.10 Elektromagneten - do-it-yourself 84
8.11 Geheimnisvolle Schaukel (Projektmöglichkeit) 85

9 Elektromagnetische Kooperation 86
9.1 Elektromagnetische Kraftspiele 86
9.2 Strom und Strom - was gibt das? 87
9.3 Gymnastik mit drei Fingern 87
9.4 Knobelei auf der Leiterschaukel 88
9.5 Elektromotore überall 89
9.6 Anders betrachtet 89
9.7 Kraft auf Strom im Selbstbau (Projektmöglichkeit) 90
9.8 Meisterleistung mit Elektromotoren 91
9.9 Der allereinfachste Elektromotor (Projektmöglichkeit) 91
9.10 Elektromotor im Eigenbau (Projektmöglichkeit) 92
9.11 Schlangenbeschwörung (Projektmöglichkeit) 93

10 Fernsehshow der Elektronen 94
10.1 Teilchen im Magnetfeld 94
10.2 Flinke Flitzer 95
10.3 Das verzerrte Bild 96
10.4 Elektronenkarussell 97
10.5 Teilchenzoo 99
10.6 Ionen auf krummen Bahnen (Projektmöglichkeit) 100
10.7 Eine spannende Sache 102

11 Bewegung elektrisch genutzt 103
11.1 Generatoren sind überall 103
11.2 Leiterschaukel 104
11.3 Finger- und Gehirnakrobatik 105
11.4 Schau hin, mach mit (Projektmöglichkeit) 106
11.5 Experimente mit dem Computer-Oszilloskop (Projektmöglichkeit) 108
11.6 Historische Dynamo-Maschinen 109
11.7 Die Kunst des Generatorbaus 110
11.8 Ein elektrisches Perpetuum mobile? 111
11.9 Energierückgewinnung 112
11.10 Automatische Leistungsanpassung (Projektmöglichkeit) 113
11.11 Wirbelstrombremse (Projektmöglichkeit) 114

12 Wechselspannung ganz nach Wunsch 115
12.1 Eine erschreckende Bonbonschachtel 115
12.2 U aus I 116
12.3 Warum gerade Wechselspannung? 117
12.4 Trafos - Wozu? 118
12.5 Kleintrafo für viele Gelegenheiten 119
12.6 Der wandernde Lichtbogen 120
12.7 Elektrisch schweißen 120
12.8 Technische Trafos - bei Leerlauf ausschalten 121
12.9 Ein Trafo für Halogenlampen 122
12.10 Mit der Stromzange gemessen 122
12.11 Spulen auf Rädern (Projektmöglichkeit) 123
12.12 Zur Geschichte der Induktion 124
12.13 Selbstinduktion (Projektmöglichkeit) 125

13 Hochspannung macht sich bezahlt 126
13.1 Ein Modell zum Hochspannungssystem 126
13.2 Rechnungen zum Hochspannungsnetz 128
13.3 Noch ein Grund für das Hochspannungssystem 129
13.4 Vom Walchenseekraftwerk bis München 130
13.5 Das europäische Verbundnetz (Projektmöglichkeit) 132

14 Energie ohne Ende? 133
14.1 Fundgrube Schulatlas (Projektmöglichkeit) 133
14.2 Energetische Internetseite (Projektmöglichkeit) 135
14.3 Energiehieroglyphen EJ, kWh, GW und tSKE 136
14.4 Die persönliche Energieumgebung 137
14.5 Stichwort-Recherche 137
14.6 Ihr Beitrag zum CO2-Problem 138
14.7 Vom Kraftwerk zum Nutzer 139
14.8 Meinungsumfrage (Projektmöglichkeit) 140


Additum A:
Astronomie am Beispiel der Sonne 141

A1 Ein Blick auf die Sonne 141
A1.1 Zur Sonnenbeobachtung 141
A1.2 Licht 141
A1.3 Sonnengröße 142
A1.4 Sonnenflecken 143
A1.5 Die Astronomische Einheit 144
A1.6 Parallaktische Montierung (Projektmöglichkeit) 145
A1.7 Von einem anderen Planeten aus 146

A2 Die Leistung der Sonne 147
A2.1 Kochplatte im Sonnenbad 147
A2.2 Sonne und Glühlampe 148
A2.3 Sommer und Winter 149
A2.4 Eine andere Bestimmung der Solarkonstanten (Projektmöglichkeit) 151
A2.5 Das Stefan-Boltzmann-Gesetz und die Oberflächentemperatur der Sonne (Projektmöglichkeit) 152

A3 Technische Nutzung der solaren Energie 156
A3.1 Energie im Überfluss 156
A3.2 Energie aus der Wüste 157
A3.3 Energie im Mittel 158
A3.4 Die Sonnenfarm 158
A3.5 Eine heiße Sache (Projektmöglichkeit) 159
A3.6 Zukunftsforschung (Projektmöglichkeit) 160
A3.7 Fotovoltaik (Projektmöglichkeit) 161

A4 Entstehung der Sonnenenergie 163
A4.1 Brennstoff 163
A4.2 Die Reaktion ist komplizierter 164
A4.3 Masse und Energie 165
A4.4 Stand der Kernfusion (Projektmöglichkeit) 166

A5 Unsere Sonne - ein Stern unter vielen 167
A5.1 Rotation 167
A5.2 Supernova 167
A5.3 Interstellare Materie 167
A5.4 Astronomische Objekte (Projektmöglichkeit) 168
A5.5 Neutrinos 169


Additum H:
Einführung in die Halbleiterphysik 170

H1 Halbleiter - doppelte Leitungsmechanismen 170
H1.1 Halbleiter im Modell 170
H1.2 Betriebsdaten (Projektmöglichkeit) 171
H1.3 Ein ungewöhnlicher Halbleiter (Projektmöglichkeit) 172
H1.4 Daumenkino und Multimedia (Projektmöglichkeit) 173
H1.5 Der Tropfen, der das Fass zum Überlaufen bringt (Projektmöglichkeit) 174
H1.6 Elektrisches Thermometer (Projektmöglichkeit) 175
H1.7 Körpertemperaturen (Projektmöglichkeit) 176

H2 Nützliche Störstellen 177
H2.1 Erklärte Störungen 177
H2.2 Technik der Störungen (Projektmöglichkeit) 178
H2.3 Störungen multimedial (Projektmöglichkeit) 179
H2.4 Magnetsensor 180
H2.5 Schnell oder langsam? 181
H2.6 Rauf und runter 183

H3 Einbahnstraßen für viele Zwecke 184
H3.1 Grenzdaten 184
H3.2 Erkennen Sie die Linie 185
H3.3 Gleichrichtung en detail 186
H3.4 Lichtspielereien (Projektmöglichkeit) 187
H3.5 Wechselspannung sichtbar 188
H3.6 Verrückte Reihenschaltung (Projektmöglichkeit) 189
H3.7 Drehzahlen messen (Projektmöglichkeit) 190
H3.8 Stabile Spannungen (Projektmöglichkeit) 191

H4 Kleine Ursache - große Wirkung 192
H4.1 Mal so, mal so 192
H4.2 Zwei Dioden mit Trick 192
H4.3 Jeder Transistor hat seine Grenzen 193
H4.4 Glühlampe zum Anzünden (Projektmöglichkeit) 194
H4.5 Spannungsteiler statt Batterien 195
H4.6 Straßenlaternen und Alarmanlagen (Projektmöglichkeit) 196
H4.7 Oh my Darlington (Projektmöglichkeit) 197


Additum K:
Physikalische Grundlagen der Kernenergietechnik 198

K1 Baukasten der Atome 198
K1.1 Unvorstellbares veranschaulichen 198
K1.2 Atome sichtbar gemacht (Projektmöglichkeit) 200
K1.3 Atome und Ionen 201
K1.4 Ölfleckversuch (Projektmöglichkeit) 203
K1.5 Streuexperimente (Projektmöglichkeit) 204
K1.6 Die Masse von Atombausteinen 205
K1.7 Massenspektrograph 206
K1.8 Neutronenstern 207

K2 Strahlung aus Atomkernen 208
K2.1 Alpha-, Batta- und Gamma-Strahlung 208
K2.2 Welche Strahlung? 209
K2.3 Experimente zur Reichweite und Absorption 210
K2.4 Nebelspuren 212
K2.5 Streuversuch von Rutherford 213
K2.6 Dosimeter 214
K2.7 Gefährliche Aktivitäten 216

K3 Die Hälfte von der Hälfte von 217
K3.1 Experimente zum Zerfallsgesetz (Projektmöglichkeit) 217
K3.2 Radioaktive Uhren 220
K3.3 Altersbestimmung mit der C14-Methode 221
K3.4 Der GAU von Tschernobyl (Projektmöglichkeit) 222

K4 Zellen unter Strahlenbeschuss 223
K4.1 Strahlenschutz (Projektmöglichkeit) 223
K4.2 Natürliche Radioaktivität 224

K5 Masse zerstrahlt in Energie 225
K5.1 Modellierung von Kernkräften (Projektmöglichkeit) 225
K5.2 Masse-Energie-Beziehung 227
K5.3 Neutronen 228
K5.4 Kernspaltung und Kernfusion 229
K5.5 Kernkraftwerke (Projektmöglichkeit) 230


Teil B: Schülerübungen mit Lösungsskizzen

Hinweise zu den Schülerübungen 231

Übungsblätter mit und ohne Lösungsskizzen 232
Elektrische Aufladung 232
Elektrisches Multimeter 237
Ohmsches Gesetz 243
Elektrisches Netzwerk 247
Spezifischer Widerstand 251
Magnete und ihre Felder 255
Elektromagnetismus 259
Transformator 263


Teil C: Hilfen für den Unterricht

Übungsaufgaben 267
1. Elektroskop 268
2. Drei Glühlämpchen 268
3. Ladung und Stromstärke 269
4. Mindeststromstärke 269
5. Spannungskombinationen 270
6. Elektrische Leistung 270
7. Durchgebrannt 270
8. Kennlinien 271
9. Wärme 271
10. Kombiniere 272
11. In Reihe 272
12. Spannung statt Strom 273
13. Strom und Spannung 1 273
14. Strom und Spannung 2 274
15. Elektrozähler 275
16. Elektronen unterwegs 275
17. Glühelektrischer Effekt 275
18. U-/-Diagramm 276
19. Elektronen in Schwung 276
20. Magnetisches 277
21. Lebende Kompassnadeln 277
22. Die Kraft des Herrn Lorentz 277
23. Induktion und Batterie 278
24. Magnetpendel 278

Übungsaufgaben ohne Lösungsskizzen 279

Physikalische Rätsel mit Lösungen 285
Rätsel 1: Begriffe zum Energiesparen 285
Rätsel 2: Begriffe in drei Sprachen 287