Elektrischer Strom – fachlicher Hintergrund und Unterrichtsvorschläge

Präsentation zum Thema: "Elektrischer Strom – fachlicher Hintergrund und Unterrichtsvorschläge"—  Präsentation transkript:

1 Elektrischer Strom – fachlicher Hintergrund und Unterrichtsvorschläge
Stiftung Bildungspakt Bayern Elektrischer Strom – fachlicher Hintergrund und Unterrichtsvorschläge Florian Ziegler

2 Überblick Anschlussbedingungen im elektrischen Stromkreis
Exkurs: Reihen- und Parallelschaltung Schülervorstellungen Wirkungen von Elektrizität Wie fließt Strom? Exkurs: Analogien im SU Elektromagnet, Elektromotor und Dynamo Exkurs zu Reihen- und Parallelschaltung sowie zu Schülervorstellungen kein Thema im Buch, aber für weitere Fortbildungen vielleicht nützlich 2

3 5. Anschlussbedingungen
Für einen einfachen Stromkreis genügen: - Batterie (Spannungsquelle) - Kabel (elektr. Leiter) - Lämpchen (elektr. Widerstand) 1) Natürlich kann man auch nur mit der Flachbatterie das Lämpchen zum Leuchten bringen. Auch dann würde man von einem Stromkreis sprechen. 2) Wenn das Lämpchen nicht leuchtet, kann dies verschiedene Ursachen haben: Das Kabel berührt das Lämpchen nicht an der richtigen Stelle. Das Lämpchen könnte kaputt sein. Das Lämpchen könnte nicht weit genug in der Fassung stecken. Die Batterie könnte zu schwach sein -> es könnte zu wenig Strom fließen. Der Stromkreis könnte an einer beliebigen Stelle unterbrochen sein (z.B. an den Polen der Batterie). Das Lämpchen zeigt, ob Strom fließt.

4 5. Anschlussbedingungen
Funktioniert der Stromkreis, so kann er unterbrochen und mit verschiedenen Materialien wieder geschlossen werden. Diese werden so auf ihre elektrische Leitfähigkeit geprüft. Schüler werden nur „leuchtet“ oder „leuchtet nicht“ beobachten und deshalb „leitet“ oder „leitet nicht“ daraus schließen. Es kann aber auch hier der Fall sein, dass ein Material schlecht leitet und somit kein Leuchten beobachtet werden kann. Tatsächlich gibt es keinen 100%igen Nichtleiter. Bei ausreichend hoher Spannung würde durch alle Materialien Strom fließen.

5 5. Anschlussbedingungen
Es gibt: Leiter der 1. Klasse: Metalle und Graphit Leiter der 2. Klasse: Ionenleiter (z.B. Salzwasser) Isolatoren: Stoffe, durch die bei üblichen Spannungsverhältnissen kein Strom fließt (z.B. Kunststoffe, Porzellan oder Glas) Die Schüler erkennen a) (evtl. b)) und c) als „Leiter“ und „Nichtleiter“. Auf die Tatsache, dass auch sogenannte „Nichtleiter“ nur sehr schlechte Leiter sind, kann man die Schüler hinweisen. Selbst durch Luft kann Strom fließen -> Blitz Auch Leitungswasser leitet bei höheren Spannungen -> kein Fön in der Badewanne!

6 5. Anschlussbedingungen
Reihenschaltung: Die zwei Lämpchen (Widerstände) in Reihe „behindern“ den Strom „doppelt so stark“. Bei gleicher Spannung fließt daher nur „halb so großer“ Strom (Stromstärke) wie bei einem Lämpchen. Die Lämpchen leuchten deshalb deutlich schwächer. Quelle: Grygier, P., Günther, J., Kircher, E. (Hrsg.) (2007): Über Naturwissenschaften lernen – Vermittlung von Wissenschaftsverständnis in der Grundschule. 2. überarb. Aufl. Hohengehren: Schneiderverlag. S. 115ff. Grygier, Günther & Kircher 2007, S.115ff

7 5. Anschlussbedingungen
Parallelschaltung: Durch beide Lämpchen kann jeweils der gleiche Strom wie im Falle des einfachen Stromkreises fließen. Beide (baugleichen) Lämpchen leuchten so hell wie ein einzelnes. Wird die Anzahl der parallel geschalteten Lämpchen erhöht, so liefert die Batterie einen noch größeren Strom, bis insgesamt der maximale Strom (Kurzschlussstrom) der Batterie erreicht ist. Für weitere Lämpchen kann die Batterie keinen zusätzlichen Strom mehr liefern, alle Lämpchen leuchten dann dunkler. Quelle: Grygier, P., Günther, J., Kircher, E. (Hrsg.) (2007): Über Naturwissenschaften lernen – Vermittlung von Wissenschaftsverständnis in der Grundschule. 2. überarb. Aufl. Hohengehren: Schneiderverlag. S. 115ff. Grygier, Günther & Kircher 2007, S.115ff

8 5. Anschlussbedingungen
Schülervorstellungen: Weitere Alltags- und Fehlvorstellungen kommen durch die Alltagssprach zustande: eine Batterie sei „voll“ oder „leer“ -> Annahme: es ist Strom darin oder kein Strom; Strom als etwas Dingliches <> „Strom“ bedeutet eigentlich „Bewegung“ -> Bewegung von Elektronen Die Substanz Strom wird im Lämpchen vernichtet, es entsteht Licht. Strom aus einem Pol und vollständige Vernichtung im Lämpchen -> Gegenbeleg: Strom“kreis“ mit nur einem Kabel funktioniert nicht Partielle Vernichtung des Stroms im Lämpchen -> Gegenbeleg: zwei (baugleiche!) Lämpchen in Reihe leuchten gleich stark nicht das zweite schwächer Vereinfachte physikalische Vorstellung des elektr. Stromkreises. Die Batterie bewegt die Elektronen im Kreis. Quelle: Grygier, P., Günther, J., Kircher, E. (Hrsg.) (2007): Über Naturwissenschaften lernen – Vermittlung von Wissenschaftsverständnis in der Grundschule. 2. überarb. Aufl. Hohengehren: Schneiderverlag. S. 115ff. a) b) c) d) Grygier, Günther & Kircher 2007, S.115ff

9 5. Anschlussbedingungen
1. Der Stromkreis: Anknüpfung: elektrische Geräte im Alltag Lämpchen zum Leuchten bringen (verschiedenes Angebot von Material oder Hilfekarte, KV 26+27) Vergleich der Versuchsaufbauten im Plenum Auch hilfreich: Fehlversuche (!) Versuch gegen „Zweizuführungsvorstellung“ (KV 27unten) Erkenntnis: Strom fließt im Kreis Gefahren beim Umgang mit Strom  S. 82 Strom wird oft gebraucht, alle Elektrogeräte brauchen eine Spannungsquelle (Steckdose, Batterie) Vergleich der Versuchsaufbauten: Welche Bedingungen (Anschlüsse) müssen erfüllt sein, damit Stromkreis funktioniert? (an Pole der Batterie, richtige Stelle am Lämpchen) Anwendung in KV 28

10 5. Anschlussbedingungen

11 5. Anschlussbedingungen
2. Forscheraufträge zum geschlossenen Stromkreis: Schüler forschen in Gruppen an unterschiedlich schweren Aufgaben (KV 29)  Präsentation im Plenum, wie Lösungsweg gefunden wurde und warum Stromkreis funktioniert (Bezug zum geschlossenen Stromkreis) Schwierigkeitsgrad mitkopieren -> Fähigkeitsselbsteinschätzung der Schüler oder: Schwierigkeitsgrad nicht mitkopieren -> Orientierung an inhaltlicher Herausforderung GA, damit in Gruppe bereits diskutiert werden kann

12 5. Anschlussbedingungen

13 5. Anschlussbedingungen
3. Gute Leiter und Isolatoren Demonstrationsversuch: Stromkreise mit Kabel und Kunststoffseil  Fokus auf das Material Falsche Erklärungen werden durch einfache Versuche widerlegt (möglichst nach Ideen der Schüler)  „falsches“ Kabel führt zur Frage: Welche Stoffe leiten den Strom (gut)?  GA (KV 30 + eigene Ideen)  Gemeinsamkeit der leitenden Gegenstände? An Kunststoffseil auch Krokodilklemme Demonstrationsversuch: Vermutung, Beobachtung und Erklärung durch die Schüler Lämpchen kaputt? -> Lämpchen tauschen Gemeinsamkeit: „es glänzt“ oder „sie sind aus Metall“

14 5. Anschlussbedingungen
3. Gute Leiter und Isolatoren ggf. Demonstrationsversuch zur Leitfähigkeit von Flüssigkeiten Transfer des Wissens über Leiter und Isolatoren auf Alltag (Gefahren und Schutz) Gefahr in der Badewanne!

15 5. Anschlussbedingungen
4. Der Schalter Forscheraufträge in verschiedenen Schwierigkeits-graden zu Stromkreisen mit Schalter (KV 32, Hilfekarte für schwere Aufgabenstellung KV 33)  Gemeinsame Betrachtung der verschiedenen Lösungen (und Fehlversuche!)

16 5. Anschlussbedingungen
Individuelle Förderung und Differenzierung: Forscheraufträge in versch. Schwierigkeitsgraden  Schüler wählen selbst Hilfekarten (z.B. KV 31) für konkreten Versuchsaufbau Anregende Fragen zum Weiterforschen Vorschlag einer praktischen Prüfung (s. Anhang) Praktische Prüfung: S.93 ff. -> fachliches Wissen und handlungsbezogene Fähigkeiten

17 6. Wirkungen von Elektrizität
Primäre Wirkung Sekundäre Wirkung Wärmewirkung Leuchtwirkung Magnetische Wirkung Bewegung Chemische Wirkung Chemische Wirkung -> eher für Sekundarbereich relevant; nicht Teil der Fortbildung

18 6. Wirkungen von Elektrizität
Wärmewirkung: Durch die Bewegung von Elektronen durch den Draht werden die am Platz bleibenden Atome in Schwingung versetzt. Diese Teilchenbewegung des Metalls ist als höhere Temperatur des Drahtes fühl- und messbar.  Nutzung z.B. bei Tauchsieder, Wasserkocher, elektr. Herdplatten, Bügeleisen, elektr. Heizöfen Elektronen stoßen sich gegenseitig ab, die positiven Atomkerne ziehen die Elektronen an -> Schwingung

19 6. Wirkungen von Elektrizität
Leuchtwirkung: Im dünnen Wolframfaden der Glühlampe werden die Atome so stark angeregt, dass der Faden nicht nur warm wird, sondern sogar zu glühen beginnt. Die elektrische Leitfähigkeit ist von Metall zu Metall unterschiedlich und hängt außerdem von der Stärke des Drahtes ab. Wolfram hat eine geringere elektr. Leitfähigkeit als z.B. Kupfer. Außerdem ist der Wolframfaden viel dünner, als das Kupferkabel vor und hinter dem Lämpchen. Dadurch erhitzt er sich stärker und beginnt zu glühen. Die Leuchtwirkung ist eine sekundäre Wirkung des elektrischen Stromes, verursacht durch die primäre Wärmewirkung. Im Gegensatz zu modernen Energiesparlampen verbrauchen die herkömmlichen Glühbirnen unverhältnismäßig viel Energie, um die gleiche Leuchtkraft zu erreichen. So kann durch das Austauschen einer Glühlampe durch eine Energiesparlampe vergleichbarer Lichtstärke der Stromverbrauch um bis zu 80 Prozent gesenkt werden. (Bei den Energiesparlampen wird nicht mehr die Wärmewirkung des Stroms, sondern die chemische Wirkung genutzt.)

20 6. Wirkungen von Elektrizität
Magnetische Wirkung: Fließende Elektrizität ist immer mit einer magneti-schen Wirkung verknüpft. Das Magnetfeld, das um einen stromdurchflossenen Leiter entsteht, kann mit einer Kompassnadel „nachgewiesen“ werden.  Nutzung: Elektromagnet Fließt Strom durch das Kabel, schlägt die Kompassnadel aus. Vertauscht man die Batterieanschlüsse, ändert sich die Richtung der magnetischen Wirkung. Die Kompassnadel schlägt zur anderen Seite aus.

21 6. Wirkungen von Elektrizität
Bewegung: Wird die magnetische Wirkung geschickt ausgenutzt, kann durch wechselnde Stromrichtung und damit durch wechselnde Anziehungs- und Abstoßungs-kräfte eine Drehbewegung erzeugt werden.  Nutzung: Elektromotor z.B. im Ventilator, Fön, Staubsauger Mehr dazu in Kap. 8 -> Elektromagnet, Elektromotor und Dynamo

22 6. Wirkungen von Elektrizität
1. Stationenbetrieb  Versuche zur Wärme-/Leuchtwirkung (KV 34-36)  Versuche zur magnetischen Wirkung (KV 37-39) 2. Gemeinsame Reflexionsphase  Versuche zueinander in Beziehung bringen  Ergebnisse diskutieren, hinterfragen und ggf. richtig stellen Achtung: Stahlwolle kann brennen! Versuche in Beziehung bringen: je 3 Versuche veranschaulichen die Wärme- bzw. die magnetische Wirkung. Wenn die Schüler dies erkannt haben, können auch diese beiden Phänomene noch verglichen werden: Die Wärmewirkung hat keine Richtung, die Richtung des Magnetfeldes hingegen ändert sich, wenn an der Batterie umgepolt wird (s. Ausschlag der Kompassnadel).

23 6. Wirkungen von Elektrizität
Individuelle Förderung und Differenzierung: Quantitative und qualitative Differenzierung mit Hilfe von Forscherfragen (KV 40) Zusatzaufgaben zur Vertiefung („So könnt ihr weiter forschen“) kurze Infotexte (KV 41) + Internetrecherche

24 7. Wie fließt Strom? Der Ausdruck „Strom fließt“ legt bereits einen Bewegungsvorgang nahe. Elektrischer Strom kommt durch die Bewegung von Ladungsträgern zustande. Diese Ladungsträger sind im einfachen elektrischen Stromkreis Elektronen. Ein Vergleich von elektrisch leitenden und „nicht leitenden“ Materialien im Elektronenmodell zeigt einen wesentlichen Unterschied: Modellvorstellung für sachlichen Hintergrund für Lehrkraft teilweise schon vorher wichtig; Schüler arbeiten aber problemlos erst einmal nur mit Phänomenen (Wann leuchtet das Lämpchen überhaupt? Was kann Strom sonst noch?) -> dennoch: Auch Schüler wollen wissen: Was ist Strom eigentlich? Ladungsträger in Flüssigkeiten -> Ionen (z.B. Na+ und Cl- in Salzwasser)

25 7. Wie fließt Strom? Quelle: Grygier, P., Günther, J., Kircher, E. (Hrsg.) (2007): Über Naturwissenschaften lernen – Vermittlung von Wissenschaftsverständnis in der Grundschule. 2. überarb. Aufl. Hohengehren: Schneiderverlag. S. 115ff. Hier kommt ein stark vereinfachtes Atommodell zum Einsatz. In Nichtleitern wird jedes Atom als Einheit (Kugel) dargestellt, in dem (außer bei elektrostatischen Phänomenen) nicht weiter nach Protonen, Neutronen und Elektronen differenziert werden muss. Beim elektrischen Leiter ist angedeutet, dass diese „Kugeln“ sich zumindest aus einem äußeren Elektron und einem positiven „Rest“ (Atomrumpf) zusammen setzen. Der wesentliche Unterschied mit Blick auf die Frage „Wie fließt Strom?“ ist folgender: Wird vom Nichtleiter ein äußeres Elektron „weggerubbelt“ oder eines durch Reibung hinzugefügt, so muss es auf seinem neuen Platz warten, bis es wieder eine Gelegenheit hat, den Ort zu wechseln. Bei elektrischen Leitern ist dies anders. Tut sich eine „Lücke“ auf bzw. besteht ein Elektronenmangel und/oder „drücken“ überschüssige Elektronen (z.B. durch das Anschließen einer Batterie), so driften die „freien“ Elektronen im gesamten Leiter, um diesen Unterschied auszugleichen. Nur im Leiter können sich die äußeren Elektronen frei bewegen. Grygier, Günther & Kircher 2007, S.115ff

26 7. Wie fließt Strom? Die Bewegung der Elektronen im Stromkabel ist nicht „blitzschnell“ sondern verläuft eher im „Schnecken-tempo“. Mit Hilfe der Modellvorstellung kann das Phänomen geklärt werden: Warum geht das Licht sofort an, wenn ich den Schalter betätige, obwohl die Elektronen so langsam sind? Hinter dieser Frage steckt eine Alltagsvorstellung, dass „der Strom“ erst von der Steckdose, dem Schalter oder der Batterie zur Lampe fließen muss. Dies müsste Zeit in Anspruch nehmen, v.a. wenn die Elektronen sich nur sehr langsam bewegen.

27 7. Wie fließt Strom? Im elektrischen Leiter sind bereits überall im Kabel freie Elektronen vorhanden. Wird der Stromkreis durch den Schalter geschlossen, bewegen sich die freien Elektronen an allen Stellen des Stromkreises gleichzeitig. Das Lämpchen kann also sofort leuchten. Wird der Schalter geöffnet, bleiben alle Elektronen an ihrem Platz stehen, das Lämpchen geht sofort aus.

28 7. Wie fließt Strom? Fahrradketten-Analogie: Die Kettenglieder haben – wie die Elektronen im Stromkreis – alle den gleichen Abstand, die gleiche Geschwindigkeit und bewegen sich alle in die gleiche Richtung. Wird die Kette gebremst oder gestoppt, wirkt sich dies auf alle Kettenglieder gleichermaßen aus. Ein Vergleich (eine Analogie) mit einer Fahrradkette kann dies veranschaulichen. Quelle: Grygier, P., Günther, J., Kircher, E. (Hrsg.) (2007): Über Naturwissenschaften lernen – Vermittlung von Wissenschaftsverständnis in der Grundschule. 2. überarb. Aufl. Hohengehren: Schneiderverlag. S. 115ff. Grygier, Günther & Kircher 2007, S.115ff

29 7. Wie fließt Strom? Wasserkreislauf-Analogie:

30 7. Wie fließt Strom? Wasserbahn-Analogie:
Mit Druck (Spannung der Batterie) wird Wasser von einer Flasche (Batterie) durch den Schlauch (Leitungsdraht) bewegt. Exkurs: Analogien überspringen

31 Exkurs: Analogien im SU
Durch den Einsatz von Analogien im Unterricht nimmt man einen Umweg in Kauf. Dieser fällt kleiner aus, je vertrauter die Schüler mit dem analogen Lernbereich sind. Während Modelle erklären, können Analogien nur veranschaulichen. Und da bekanntlich jeder Vergleich „hinkt“, muss auch auf die Grenzen der Analogie eingegangen werden. Z.B. sind in einer Flachbatterie keine Pedale, die getreten werden müssen, um den Stromkreis in Gang zu bringen. 31

32 Exkurs: Analogien im SU
Es gibt auch gespielte Analogien. Werden z.B. die Grundlagen des elektrischen Stromkreises vorher erarbeitet, können die Schüler selbst überlegen, wie sie die „Aufgaben“ der verschiedenen Bauteile in einer gespielten Analogie darstellen. Bsp.: Was machen die Elektronen, was darf nicht passieren? (bewegen sich im Gleichschritt, aber nur, wenn der Stromkreis geschlossen ist; es entsteht kein Stau vor der Lampe…) Was macht das Lämpchen? (es leuchtet nur, wenn die Elektronen sich bewegen…) Wird der Schalter geöffnet, müssen alle gleichzeitig stehenbleiben… 32

33 Exkurs: Analogien im SU
Die Schüler verinnerlichen dabei sehr genau, welche Bedingungen gelten müssen, und behalten durch das Spiel den eigentlichen Sachverhalt besser im Gedächtnis. Auch bei der gespielten Analogie muss deutlich gemacht werden, dass es Unterschiede zwischen dem analogen und dem „eigentlichen“ Lernbereich gibt. Bsp.: Was können wir Kinder, was Elektronen nicht können? Was können Elektronen, was wir Kinder nicht können? Das Reflektieren über die Analogie hilft auch hier, Fehlvorstellungen zu vermeiden. 33

34 7. Wie fließt Strom? Kompass und Stromkreis
Versuch „Der Kompass im Stromkreis“ in Kleingruppen (KV 42)  Schwerpunkt: Wie stark lenken die Kompass nadeln vor und nach dem Lämpchen aus? Forscheraufträge zur Richtung und Stärke des magnetischen Feldes (KV 43/44)

35 7. Wie fließt Strom?

36 7. Wie fließt Strom? 2. Modellvorstellung und Analogien Gespielte Analogie eines Stromkreises (KV 45) Vergleich mit echtem Stromkreis (KV 46) Veranschaulichung des Verhaltens von Elektronen durch Vergleich mit Versuch „Wasserbahn“ (KV 47) Zusammenfassung und Kontrolle durch Infotext (KV 48) Anmerkung: Hilfreich ist auch das selbständige Entwickeln der Analogie (Spielregeln) durch die Schülerinnen und Schüler (s. Exkurs zu Analogien). Wird im Unterricht so vorgegangen, fällt KV 45 weg bzw. dient ggf. als Ideengeber. Der Forscherauftrag von KV 46 oben kann mündlich erfolgen.

37 7. Wie fließt Strom?

38 7. Wie fließt Strom? Individuelle Förderung und Differenzierung:
Ziel der Arbeitsaufträge und Forscherkarten: eigene Denkwege herausfordern Anlässe für verstehensorientierte Gespräche bieten Hilfekarten für Schüler, die wenige Ideen haben Expertenreferate als Ergänzung Da die Modellvorstellung vom fließenden Strom nicht von den Schülern selbst erarbeitet werden kann (im Gegensatz zur Analogie!), muss hier ein gewisser Input erfolgen. Über die auf der Folie genannten Aspekte wurde trotzdem versucht, die individuelle Förderung durch kognitive Aktivierung zu erreichen.

39 8. Anwendungen Elektromagnet:
Ein einzelner stromdurchflossener Draht kann eine Kompassnadel ablenken. Dies entdeckte Christian Oerstedt bereits Die magnetische Wirkung wird verstärkt, wenn der Draht zu einer Spule gewickelt und im Inneren mit einem Eisenkern versehen wird.

40 8. Anwendungen Elektromagnet:
Im „Kleinen“ kann man so z.B. eine Büroklammer anziehen. Im „Großen“ werden schwere Lasten auf diese Weise verladen. Bei der elektrischen Klingel wird ein Klöppel durch einen Elektromagneten angezogen und schlägt gegen den Klangkörper. Durch die Bewegung wird der Stromkreis unterbrochen, die Anziehungskraft des Magneten verschwindet, der Klöppel schwingt zurück. Durch das Zurückschwingen wird der Stromkreis erneut geschlossen, der Magnet funktioniert wieder und zieht den Klöppel an… Anmerkung: Beim Abschalten eines Elektromagneten kann es immer sein, dass durch das Magnetisieren die magnetische Wirkung trotzdem noch teilweise erhalten bleibt. Ist aber die Gewichtskraft der angezogenen Last zu groß, wird sie herunter fallen.  Weitere Anwendung: z.B. elektrische Klingel Bildquelle:

41 8. Anwendungen 1. Herstellen eines Elektromagneten
Anknüpfung an Vorwissen: Ablenkung der Kompass-nadel unter stromdurchflossenem Leiter Wie kann eine Schraube mit Batterie und Kabel magnetisiert werden? Austausch der Ideen und Diskussion Überprüfung mittels Forscherauftrag (KV 49+50) Vorstellen der Ergebnisse im Plenum ggf. Demonstrationsversuch mit Trafo Tipp: Schrauben vorher ausprobieren! Vorsicht: Batterie wird heiß  Elektromagnet sollte nicht zu lange angeschlossen bleiben! Demonstrationsversuch: Vorteil von Trafo: Stromstärke (und damit die magnetische Wirkung) kann variiert werden. Außerdem kann hier die Wirkung des Elektromagneten auf einen Dauermagneten untersucht und die Stromrichtung dabei geändert werden (ohne dass der Dauermagnet so unverhältnismäßig viel stärker ist, dass er den Elektromagneten immer anzieht…)

42 8. Anwendungen

43 8. Anwendungen Elektromotor:
Im Elektromotor wird die magnetische Wirkung stromdurchflossener Spulen ausgenutzt. Wechselt die Stromrichtung, so wechselt auch die Polung des Elektromagneten.

44 8. Anwendungen Elektromotor:
a) Schaltet man den Strom ein, so wird über die Schleifkontakte (4) am Kommutator (3) Strom auf die Rotorspule (2) übertragen. Während Strom durch die Rotorspule fließt, entsteht in der Spule ein Magnetfeld. Der linke Pol des Rotors wird zu einem Nordpol, der rechte zu einem Südpol. Da sich nun die ungleichen Pole der Rotorspule und des Dauermagneten anziehen (und sich die gleichen Pole abstoßen), beginnt der Rotor, sich im Uhrzeigersinn zu drehen.

45 8. Anwendungen Elektromotor:
b) Dreht der Rotor so weit, dass der Stromkreis an den Schleifkontakten unterbrochen wird, fließt kein Strom mehr. In diesem Moment wirkt auch keine magnetische Kraft. Wegen seines Schwungs dreht der Rotor aber weiter.

46 8. Anwendungen Elektromotor:
c) Sobald ein neuer Schleifkontakt am Kommutator hergestellt ist, fließt wieder Strom. Diesmal ist die Rotorspule jedoch genau umgekehrt mit der Stromquelle verbunden. Der Kommutator wird deshalb auch als „Polwender“ bezeichnet. Durch das Umpolen sind jetzt zwei Süd- bzw. Nordpole beieinander. Diese stoßen sich ab und die Drehung geht weiter. Nach einer halben Umdrehung wiederholt sich der Vorgang.

47 8. Anwendungen Dynamo: Ein Dynamo ist von seiner Funktionsweise her das Gegenstück zum Elektromotor. Durch die Bewegung eines Dauermagneten in einer Spule wird elektrischer Strom erzeugt. Das (Fahrrad-)Lämpchen leuchtet.

48 8. Anwendungen 2. Elektromotor und Dynamo Lehrkraft erklärt Funktionsweise eines Elektromotors (KV 51)  selbstständiges Zusammenbauen eines Elektro-motors (Bausatz) in Kleingruppen Wichtiger als genaue Funktionsweise: vielfältige Nutzungsmöglichkeiten des Elektromotors im Alltag Vorstellung des Dynamos als Gegenstück zum Motor (KV 52)

49 8. Anwendungen Individuelle Förderung und Differenzierung Interessierte Schüler können genaue Funktionsweise eines Elektromotors aus Abbildung entnehmen (KV 51) oder im Internet recherchieren. Unipolarmotor ist zwar schwierig zu verstehen, aber sehr motivierend (KV 53). Noch einmal: Die Kenntnis der Anwendung steht dennoch vor der Kenntnis der Funktionsweise.

50 Literatur Basisliteratur: Ziegler, F., Grygier, P. & Hartinger, A. (Hrsg.) (2011): Individuelles Lernen im Sachunterricht – Strom und Magnetismus. Berlin: Cornelsen. Weitere Literatur: Grygier, P., Günther, J. & Kircher, E. (2007).  Über Naturwissenschaften lernen. Vermittlung von Wissenschaftsverständnis in der Grundschule. 2. Aufl. Hohen-gehren: Schneider Verlag. Boëtius, Henning (2006): Geschichte der Elektrizität. Einheim: Beltz & Gelberg