Elektrizität & Magnetismus

Arbeitspunktstabilisierung einer Transistor-Verstärkerstufe

Prinzip Es soll gezeigt werden, wie sich eine ungünstige Lage des Arbeitspunktes einer Transistor-Verstärkerstufe auf die Verstärkerwirkung auswirkt und wie der Arbeitspunkt gegenüber Veränderungen der Betriebsspannung stabilisiert 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

Bestimmung des Erdmagnetfeldes

Prinzip Ein konstantes Magnetfeld, dessen Größe und Richtung bekannt ist, wird dem unbekannten Magnetfeld der Erde überlagert. Das Erdmagnetfeld kann nun von der Größe und Richtung der resultierenden Flussdichte berechnet werden. Vorteile • Besonders homogenes Magnetfeld und hohe Flussdichte dank des großen Helmholtzspulendurchmessers • Versuchsaufbau mit vorkalibriertem Teslameter erfordert keine zusätzlichen Magnete und Spulen zur Kalibrierung

Das magnetische Feld

Prinzip Die Wirkung eines Magneten kann durch das Magnetfeld beschrieben werden, das überall im Raum eine bestimmte Richtung und Stärke hat. Das Feld kann mit Hilfe von magnetisierbaren Eisenspänen sichtbar gemacht werden. Vorteile • Schneller und einfacher Versuch zum qualitativen Verständnis magnetischer Phänomene  • Große Darstellung

Der Brückengleichrichter

Der Brückengleichrichter

Prinzip Nachdem die Schüler die Gleichrichterwirkung einer Diode kennen gelernt haben, soll ihnen durch diesen Versuch die Arbeitsweise der in der Praxis vorrangig verwendeten Brückenschaltung verständlich gemacht werden. Sie sollen die Erkenntnis gewinnen, dass durch die Verwendung von 4 Dioden in einer Brückenschaltung erreicht werden kann, dass der Strom während jeder Halbperiode des Wechselstromes in der gleichen Richtung durch den Arbeitswiderstand fließt. Da für Schülerexperimente i.Allg. kein Oszilloskop und kein Wechselspannungsgenerator mit extrem kleiner Frequenz zur Verfügung stehen, um die Stromrichtung deutlich zu machen, wird das Verhalten der Brückenschaltung im Wechselstromkreis durch Umpolung einer Gleichstromquelle simuliert. Es wird empfohlen, die Schüler zu einer Voraussage über das Verhalten der Schaltung nach der Umpolung der Stromquelle anzuregen. Neben der richtigen Antwort sind folgende Aussagen denkbar: • Nach der Umpolung der Spannung fließt kein Strom, weil die Dioden den Strom nur in einer Richtung hindurchlassen. • Nach der Umpolung der Spannung fließt auch der Strom in entgegengesetzter Richtung. 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

Der Brückengleichrichter

Prinzip Unter Verwendung eines Brückengleichrichters in der Ausführung als Leuchtdiodenmodell soll demonstriert werden, dass der Strom im äußeren Stromkreis des Brückengleichrichters unabhängig von der Polarität der anliegenden Spannung in gleich bleibender Richtung 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 reelle Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Der Brückengleichrichter mit Cobra SMARTsense

Prinzip Gleichrichterschaltungen mit einzelnen Dioden können bei Wechselstrom nur jeweils eine Halbwelle nutzen. Der Brückengleichrichter umgeht dieses Problem, indem vier Dioden so geschaltet sind, dass für jede Halbwelle ein Strompfad geöffnet ist. 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

Der elektrische Leiter als Äquipotentialfläche

Prinzip Untersuche, wie sich das elektrische Feld zwischen zwei Kreiselektroden verändert, wenn in das Feld ein elektrischer Leiter (hier: eine Stabelektrode) eingebracht wird. Vorteile • Kein Elektrolyt erforderlich • Direkte Messung der Potenziale mit einem hochohmigen Voltmeter • Direkte Übertragung der Messpunkte auf ein weißes Blatt Papier während der Messung

Der npn- und der pnp-Transistor

Der npn-Transistor

Prinzip Dieser Versuch soll zu der Erkenntnis führen, dass durch einen Transistor nur dann ein Kollektorstrom fließt, wenn die richtige Polung der Kollektorspannung gewählt wird und auch eine Basisspannung mit richtiger Polung anliegt. Bei einem npn-Transistor müssen Kollektor und Basis mit dem Pluspol verbunden werden. Hierbei ist der Emitter in beiden Fällen die Bezugselektrode.  Den Schülern muss vor der Durchführung des Versuches die Bezeichnung der Transistorelektroden sowie die Bedeutung des Begriffs npn-Transistor bekannt sein. Der Vergleich der Basisstromstärke, die sich aus der Größe des Basiswiderstandes und der angelegten Spannung abschätzen lässt, mit der Kollektorstromstärke, die die Glühlampe zum Leuchten bringt, erlaubt außerdem die Schlussfolgerung, dass ein geringer Basisstrom genügt, um den Transistor leitend zu machen. 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

Der NTC-Widerstand

Der PTC-Widerstand