Elektromagnetismus & Induktion

Die magnetische Permeabilität mit Cobra SMARTsense

Prinzip Die magnetische Permeabilität eines Eisenkerns sorgt dafür, dass die magnetische Flussdichte einer stromdurchflossenen Spule wesentlich steigt. Mit Hilfe eines Magnetfeldsensors kann dieser Unterschied quantitativ bestimmt werden. Vorteile • Besonders verständliche und didaktisch aufbereitete Versuchsbeschreibung (Alltagsbezug etc.) inkl. Protokollfragen. • Zukunftsorientiert unterrichten: Einbindung in den digitalen naturwissenschaftlichen Unterricht mit Tablets oder Smartphones. • Erhöhte Motivation bei Schüler/innen durch Nutzung der intuitiven measureAPP. • Steigerung der Medienkompetenz.

Die Selbstinduktion beim Ausschaltvorgang

Die Selbstinduktion beim Ausschaltvorgang

Prinzip Es soll demonstriert werden, welche Eigenschaften Selbstinduktionsspannung hat, die beim Unterbrechen des Stromes entsteht, der durch eine Spule hoher Induktivität fließt. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reele Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Die Selbstinduktion beim Ausschaltvorgang

Prinzip Nachdem die Schüler erkannt haben, dass in einer Spule beim Schließen eines Gleichstromkreises eine Selbstinduktionsspannung entsteht, die der angelegten Spannung entgegenwirkt, sollen sie nun erkennen, dass die Selbstinduktionsspannung beim Ausschaltvorgang die gleiche Richtung wie die ursprüngliche, die angelegte Spannung hat. Der erste Versuch könnte den Charakter eines Bestätigungsversuches annehmen, falls die Schüler sein Ergebnis aufgrund ihrer Kenntnisse über das Induktionsgesetz und das lenzsche Gesetz voraussagen können. Der zweite Versuch soll darüber hinaus zeigen, dass die Selbstinduktionsspannung Werte annehmen kann, die die ursprüngliche Spannung um ein Vielfaches übertreffen. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reele Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Die Selbstinduktion beim Ausschaltvorgang mit Cobra SMARTsense

Prinzip Nachdem die Schüler erkannt haben, dass in einer Spule beim Schließen eines Gleichstromkreises eine Selbstinduktionsspannung entsteht, die der angelegten Spannung entgegenwirkt, sollen sie nun erkennen, dass die Selbstinduktionsspannung beim Ausschaltvorgang die gleiche Richtung wie die ursprüngliche, die angelegte Spannung hat. Der erste Versuch könnte den Charakter eines Bestätigungsversuches annehmen, falls die Schüler sein Ergebnis aufgrund ihrer Kenntnisse über das Induktionsgesetz und das Lenz'sche Gesetz voraussagen können. Der zweite Versuch soll darüber hinaus zeigen, dass die Selbstinduktionsspannung Werte annehmen kann, die die ursprüngliche Spannung um ein Vielfaches übertreffen. Vorteile • Besonders verständliche und didaktisch aufbereitete Versuchsbeschreibung (Alltagsbezug etc.) inkl. Protokollfragen. • Zukunftsorientiert unterrichten: Einbindung in den digitalen naturwissenschaftlichen Unterricht mit Tablets oder Smartphones. • Erhöhte Motivation bei Schüler/innen durch Nutzung der intuitiven measureAPP. • Steigerung der Medienkompetenz. • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reele Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Die Selbstinduktion beim Einschaltvorgang

Prinzip Die Schüler wissen, dass in einer Spule eine Spannung induziert wird, solange sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert. Sie kennen den Elektromagneten und wissen daher auch, dass eine stromdurchflossene Spule ein Magnetfeld besitzt und wovon die Stärke des Magnetfeldes abhängig ist. Dieses Magnetfeld muss nach dem Schließen des Gleichstronmkreises erst aufgebaut und nach dem Öffnen des Stromkreises abgebaut werden. Dadurch entsteht jeweils eine Selbstinduktionsspannung. Die Schüler sollen mit dem vorgesehenen Versuch erkennen, dass beim Einschalten eine Selbstinduktionsspannung entsteht, die dem Anwachsen des Stromes entgegenwirkt. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reele Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Die Selbstinduktion beim Einschaltvorgang

Prinzip Befindet sich eine Spule in einem Gleichstromkreis, so baut sich beim Schließen des Kreises das Magnetfeld der Spule auf und erzeugt eine Selbstinduktionsspannung, die dem Anwachsen entgegenwirkt. Eine Glühlampe, die sich im Stromkreis befindet, leuchtet erst allmählich auf.

Die Selbstinduktion beim Einschaltvorgang

Prinzip Mithilfe einer Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Spule mit hoher Induktivität soll demonstriert werden, dass diese Spule das Anwachsen des Stromes beim Einschalten verzögert. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reelle Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Die Selbstinduktion beim Einschaltvorgang mit Cobra SMARTsense

Prinzip Die Schüler wissen, dass in einer Spule eine Spannung induziert wird, solange sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert. Sie kennen den Elektromagneten und wissen daher auch, dass eine stromdurchflossene Spule ein Magnetfeld besitzt und wovon die Stärke des Magnetfeldes abhängig ist. Dieses Magnetfeld muss nach dem Schließen des Gleichstromkreises erst aufgebaut und nach dem Öffnen des Stromkreises abgebaut werden. Dadurch entsteht jeweils eine Selbstinduktionsspannung. Vorteile • Besonders verständliche und didaktisch aufbereitete Versuchsbeschreibung (Alltagsbezug etc.) inkl. Protokollfragen. • Zukunftsorientiert unterrichten: Einbindung in den digitalen naturwissenschaftlichen Unterricht mit Tablets oder Smartphones. • Erhöhte Motivation bei Schüler/innen durch Nutzung der intuitiven measureAPP. • Steigerung der Medienkompetenz. • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reele Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Die Spule im Wechselstromkreis

Prinzip Die Schüler wissen, dass in einer Spule im Gleichstromkreis eine Selbstinduktionsspannung erzeugt wird, wenn man den Stromkreis schließt oder unterbricht. Sie wissen außerdem, welche Richtung die Selbstinduktionsspannung aufweist. Auf der Basis dieses Wissens können sie wahrscheinlich voraussagen, welche Wirkung es hat, wenn eine Spule von Wechselstrom durchflossen wird. Der erste Versuch ermöglicht eine Aussage über die Frequenzabhängigkeit des zusätzlichen Widerstandes, den eine Spule im Wechselstromkreis gegenüber ihrem Widerstand im Gleichstromkreis hat. Zwar steht keine Wechselspannungsquelle veränderlicher Frequenz zur Verfügung, doch mit der durch Ein- und Ausschalten pulsierenden Gleichspannung kann man einen analogen Effekt erreichen. Mit dem zweiten Versuch sollen halbquantitative Aussagen über die Abhängigkeit des induktiven Widerstandes von der Windungszahl und vom Spulenkern gewonnen werden. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reele Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Die Spule im Wechselstromkreis

Prinzip Es soll demonstriert werden, dass eine Spule im Wechselstromkreis neben dem ohmschen Widerstand ihrer Drahtwicklung einen zusätzlichen Widerstand besitzt, der durch einen variablen eisernen Spulenkern in starkem Maße verändert werden kann. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reelle Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Die Spule im Wechselstromkreis