Arbeitsblatt für Ihren Technikunterricht: Wie elektrische Energie entsteht

arbeitsblatt generatorIn der vergangenen Ausgabe plädierte Volker Torgau für selbst gestaltete Arbeitsblätter und präsentierte Ihnen sein Arbeitsblatt zur Funktionsweise eines Induktionsherdes.

Diesmal zeigt Ihnen der Techniklehrer an der Sekundarschule August Hermann Francke sein Arbeitsblatt zur Entstehung elektrischer Energie.

Hier können Sie es herunterladen.


Zur Erläuterung des Arbeitsblattes schreibt Volker Torgau:
Der Dauermagnet verschiebt in einem Leiter die Ladungen, die durch geringfügige Schwingungen ein Magnetfeld um sich herum entstehen lassen (Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter). Es kommt zu einer gerichteten Bewegung der Ladungen (Elektronen), einem Strom. Eine Hin- und Herbewegung würde dann eine wechselnde Stromrichtung bewirken. Die kreisförmige Bewegung des Rotormagneten innerhalb einer Spule ergibt dagegen eine sinusförmige Änderung des Magnetfeldes. Der rotierende Magnet (Innenpolmaschine) ist besser darzustellen, weil die Schleifer für die Spule entfallen. Auch Schüler, die die Sinusfunktion nicht kennengelernt haben, sollten in der Lage sein, mithilfe des Rasters die Kurve einzuzeichnen. Dazu sollten die Schüler die Magnetpole im Generator und den einzelnen Phasen über der Kurve farbig ausmalen. Im Demonstrationsexperiment kann der Rotor langsam bewegt und der Zeiger eines Spannungsmessers beobachtet werden. Diese Pendelbewegung auf einem Zeitstrahl übertragen, ergibt die Kurve (z.B. mit der Kreide hin- und herpendeln und die Tafel dabei nach oben schieben.) Die Y-Achse des Diagramms kann entweder mit der magnetischen Feldstärke oder der Induktionsspannung beschriftet werden.
Das untere Beispiel zeigt die Nutzung des Generators in verschiedenen Kraftwerken zur Erzeugung der Elektroenergie (bitte nicht "Strom"). Der Eingang des Generators erhält dabei immer eine Bewegungsenergie (Rotation), die in elektrische Energie gewandelt wird. Solange der Stromkreis nicht belastet ist, entsteht nur eine Spannung (Induktion). Bei Belastung über einen Verbraucher von elektrischer Energie ist die Höhe der Stromstärke von der Leistung des Verbrauchers abhängig. Die Leistung des Verbrauchers wirkt auf die Leistung (P = U•I) des Generators zurück (Lenzsches Gesetz). Es muss mehr mechanische Arbeit aufgewendet werden. Die bewusst verwendeten Begriffe "Verbraucher" und "Erzeugung von Elektroenergie" sind legitim, da sie sich nicht allgemein auf Energie beziehen, sondern auf eine Energieform, die aus einer anderen Energieform gewonnen wurde. Allgemein kann Energie natürlich nicht verbraucht werden.

Im nächsten Newsletter erwartet Sie dann ein Arbeitsblatt zum Kraftwerksbaukasten. Seien Sie gespannt!
 
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