dietrich hinkeldey gefahren des elektrischen stroms · dietrich hinkeldey gefahren des elektrischen...

Dietrich Hinkeldey

Gefahren des

elektrischen Stroms

Physik im Kontext

Dietrich Hinkeldey

Sekundarstufe I

Magnetismus,

Elektrizität und

Elektromagnetismus

Physik im Kontext

Downloadauszug

aus dem Originaltitel:

Dietrich Hinke

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http://www.auer-verlag.de/go/dl7679

Dieser Download ist ein Auszug aus dem Originaltitel

Über diesen Link gelangen Sie zur entsprechenden Produktseite im Web.Magnetismus, Elektrizität und Elektromagnetismus

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CD-Zusatz2 Vorwort

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

3 Gefahren des elektrischen Stroms (Kl. 7/8)

3 Didaktisch-methodische Hinweise Editierbare Gefährdungsbeurteilungen

3 Themeneinstieg Hilfen

4 Versuche Lösungen der Versuche

4 Highlight-Versuch Editierbarer Test (mit Lösungen)

Aufgaben zum Weiterdenken (mit Lösungen)

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2Vorwort

Vorwort

Ein neues Arbeitsbuch zu den Themen Magnetismus, Elektrizität und Elektromagnetismus – sind da nicht schon genug auf dem Markt? Das vorliegende Buch bietet Ihnen die Möglichkeit, all diese Themengebiete mit Schülerversuchen in Partner- oder Kleingruppenarbeit zu erarbeiten. Nur an den Stellen, bei denen es sicherheitstechnisch nicht möglich ist, wurde auf Lehrer-Demonstrationsversu-che zurückgegriffen.Denn in der heutigen Zeit lassen sich jede Menge Animationen zu physikalischen Versuchen im Inter-net fi nden, die man den Jugendlichen präsentieren könnte. Das sieht alles perfekt aus und ist leicht zu handhaben. Aber es bleibt eine „second-life-Erfahrung“. Die Schüler begreifen die Zusammenhän-ge nicht unmittelbar. Sie werden dabei nicht selbst tätig und erfahren die Naturgesetze nicht durch selbst durchgeführte Versuche. Schülerversuche erfordern gewiss etwas mehr Zeit als eine gleichartige Lehrerdemonstration. Aber der Erkenntnisgewinn ist umso nachhaltiger.

Das vorliegende Buch bietet daher Ihnen als Lehrkraft und Ihren Schülerinnen und Schülern1 in neun Ka piteln:

� den Physikstoff bis zum Mittleren Bildungsabschluss; � einen Überblick zu Beginn eines jeden Kapitels zu Zeitbedarf , Klassenstufe , Ziel , besonde-res Material , Sozialformen , Präsentationsformen und Stolpersteine , ggf. Informatio-nen ;

� einen motivierenden Einstieg und erste Fragen zu dem jeweiligen Themenkomplex, die am Ende des Kapitels beantwortet werden können;

� Anleitungen zu Schülerversuchen; � Lehrer-Demonstrationsversuche erscheinen nur, wenn die aus Sicherheitsgründen notwendig ist; � zu jedem Kapitel mindestens einen Highlight-Versuch ; � jedes Kapitel endet mit dem Rückblick , der auf die ersten Fragen verweist; � jeweils ein Test, mit dem Sie den Lernfortschritt Ihrer Schüler überprüfen können; � Aufgaben zum Weiterdenken für die schnellen und guten Schüler.

Die Versuche enthalten:

� eine allgemeine Einordung des Versuchs zu Beginn mit einem Verweis auf die Bildungsstandards der KMK (vgl. Anhang auf CD) und dem jeweiligen Kontextbezug (mit Bild);

� den klassischen Aufbau eines Versuchsprotokolls (Material, Anleitungen, Beobachtungen usw.); so-fern nötig, werden elektrische Leitungen bzw. das genaue Stativmaterial nicht extra aufgeführt;

� immer wieder Verweise auf Hilfestellungen (auf der CD) zur Stärkung des selbstständigen Arbeitens; � genug Raum, um Versuchsskizzen anzufertigen und Beobachtungen einzutragen; � Erkenntnisse, die je nach Klassenstufe und Schwierigkeitsgrad als Lückentext, Multiple Choice oder offene Felder gestaltet sind.

Auf der beigefügten CD fi nden Sie zu jedem Kapitel:

� Gefährdungsbeurteilungen, soweit nötig, in editierbarer Form; � alle Hilfen zum Ausdrucken; � alle Lösungen zu den Versuchen zum Ausdrucken; � den Test in editierbarer Form (Aufgabenversion und Lösungen) � Aufgaben zum Weiterdenken zur Differenzierung (mit Lösungen), ebenfalls mit Bezug zu den Bil-dungsstandards.

Dietrich Hinkeldey

1 Aufgrund der besseren Lesbarkeit ist in diesem Buch mit Schüler auch immer Schülerin gemeint, ebenso verhält es sich mit Lehrer und Lehrerin.

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Didaktisch-methodische Hinweise

6 Stunden 7/ 8

Gefahren im Umgang mit elektrischem Strom kennen und benennen, sowie sich angemessen verhalten; die Hauselektrik in groben Zügen kennen

ein Stück frisches Fleisch, dünne Alumi-niumstreifen (Lametta), ein geöffneter Sicherungsautomat, Stecker, Kupplungen, 3-adrige Kabelstücke

Experimentiergruppen mit 3 (max. 4) Schülern; Rechercheaufgaben in Part-nerarbeit

Plakat gestalten: „Verhalten im Umgang mit elektrischem Strom“;Auftrag: Erstellt in der Experimentiergruppe ein Plakat zu dem Thema: „Verhalten im Umgang mit elektrischem Strom“.

Die Faszination von Versuchen mit 220 V darf nicht zum Nachahmen führen. Ebenso der Drang, angeregt durch den Unterricht, nun verschiedenste Geräte und Installationsteile aufzu-schrauben, muss in sichere Bahnen gelenkt werden.

Themeneinstieg

Schlagzeilen von Elektrounfällen:

Die folgenden Zeitungsschlagzeilen geben den Anlass zu einer ersten Gesprächsrunde über die Gefahren des elektrischen Stroms. Die möglichen Gefahren werden an der Tafel bzw. dem Flipchart gesammelt.

Alternativ dazu können echte aktuelle Unfallberichte gesucht (Suchbegriffe: Elektrounfall + Jahr) und vorbereitet werden, z. B.: http://www.focus.de/regional/niedersachsen/unfaelle-lastwagen-fahrer-legt-stromversorgung-lahm_id_4804385.html (08.07.2015)

http://www.presseportal.de/blaulicht/pm/69790/3043747 (10.06.2015)

Erste Fragen: 1. Was passiert im Menschen, wenn er mit Strom in Berührung kommt? Die Körperzellen leiten

den elektrischen Strom. Sie werden erhitzt, kochen und zerplatzen. Es entstehen Giftstoffe, das Blut verklumpt und die Muskeln werden gelähmt.

2. Ab wann wird elektrischer Strom gefährlich? Unter 25 V ist elektrischer Strom nicht lebensge-fährlich, es sind aber lokale Verbrennungen bei großer Stromstärke möglich.

3. Wie kann man sich Sichern? Vorsichtsmaßnahmen: Verhaltensregeln beachten, Sicherungen verwenden und nicht selbst Hand an die Stromanlage legen.

4. Was ist ein Schutzleiter? Es ist ein zusätzlicher Leiter, mit dem die Gehäuse von Geräten geer-det werden.

5. Wie funktionieren Sicherungen? Ist die Stromstärke im Stromkreis zu groß, schmilzt ein dün-ner Draht (Fein- und Schmelzsicherung) oder ein Elektromagnet öffnet den Stromkreis.

6. Wie entstehen Kabelbrände? Durch schadhafte Isolierung oder durch überlastete Leitungen können diese schmoren und dann auch brennen.

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Versuch 4.1: Der Mensch als elektrischer Leiter

Bezug Bildungsstandards: F1; E1, E7; K5

Kontextbezug: Elektrotherapie, Reizströme (Schmerzlinderung, Herzschrittmacher)

Material: eine Batterie (9 V), eine empfi ndliche LED (2 mA; 1,7 V), 2 KrokodilklemmenAnleitung:a) Baut eine Reihenschaltung mit Batterie und LED auf, die an einer Stelle unterbrochen ist.

Schließt nun den Stromkreis, indem ihr die beiden Leitungsenden mit je einem Finger ei-ner Hand schließt.

b) Befeuchtet die Fingerkuppen und wiederholt den Versuch.

Beobachtung:

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Versuch 4.2: Demo: Fleisch unter Steckdosenstrom

Bezug Bildungsstandards: F1, F4; E1; K5; B3

Kontextbezug: Stromunfälle (z. B. „(S-)Bahn-Surfen“ / „Zugklettern“) (Beispiel: http://www.bild.de/news/inland/unfaelle/toedliche-gefahren-fuer-kinder-34007932.bild.html (28.12.2013))

Material: ein Stück frisches Fleisch, eine Steckdose mit Schalter, eine Glühlampe, 2 Isolierstützen, 2 Metallstifte

Anleitung: Die folgende Schaltung wird aufgebaut. Das Stück Fleisch wird auf die Metallstifte gespießt, ohne dass diese sich berühren. Dann wird der Strom eingeschaltet.

Beobachtung:

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Anwendungen:

Kreuze mithilfe des Versuchs die lebensgefährlichen Situationen an:

Ein Kleinkind bohrt mit einem Schraubendreher in der Steckdose.

Ein Mechaniker berührt den Pol einer Autobatterie.

Ein Stück Brot hat sich im Toaster verkeilt und der Toaster schaltet nicht mehr ab. Man versucht mit einer Gabel das Stück Brot zu angeln.

Juliette sitzt noch in der Badewanne und will sich dort gleich föhnen, weil das Wasser noch so schön warm ist.

Petra hat eine Beleuchtung, die an zwei Stahlseilen unter der Decke gespannt ist und aus mehreren Lampen besteht, die zwischen den beiden Seilen fi xiert sind. Petra will eine Lampe auswechseln und fasst dabei die blanken Seile an.

Weil die Türklingel nicht funktioniert, schraubt Klaus das Gehäuse ab und beginnt, es mit einem Schraubendreher zu reparieren.

Wolfgang gräbt im Garten und stößt auf eine elektrische Leitung im Boden. Weil sie ihn stört, sticht er sie mit dem Spaten einfach ab.

Obwohl die elektrische Modelleisenbahn fährt, greift Uwe auf die Schienen.

Der Stabsauger macht komische Geräusche. Deshalb schraubt Klaus die Verkleidung ab. Um zu sehen, wo die Geräusche herkommen, hat Klaus den Staubsaugerstecker in der Steckdose gelassen.

Oskar bohrt mit einer Bohrmaschine ein Loch in die Wand; 1,5m über einer Steckdose.

Information:

Haut (besonders verschwitzte) und Blut sind gute elektrische Leiter. Fließt elektrischer Strom durch organisches Material, wird dieses heiß. Die Zellen kochen und zerplatzen, das Blut ver-klumpt, Giftstoffe entstehen im Gewebe und Muskeln verkrampfen. Dies ist lebensbedroh-lich! Nur bis 25 Volt ist der Kontakt mit elektrischem Strom ungefährlich!

Versuch 4.3: Sicherungen schützen

Bezug Bildungsstandards: F1; E7; K5

Kontextbezug: Sicherungskasten

Material: ein Transformator, 2 Isolierstützen, eine kleine Glühlampe mit Fassung, Aluminiumstreifen (Breite 2 mm, Länge 20 cm, Lametta), ein breiter Schrauben-dreher, Kupferdraht (Durchmesser 0,2 mm; Länge 20 cm), ein Stromstärkemess-gerät oder Multimeter, ein gefaltetes Papierstück, eine kleine Schutzplatte

Anleitung:a) Baut eine Reihenschaltung aus dem Transformator, der Glühlampe und einem Aluminium-

streifen, der zwischen die Isolierstützen gespannt wird. Schließt zusätzlich zwei Leitungen so vor und hinter die Glühlampe an und legt sie einander so gegenüber, dass sie sich nicht berühren und einen Abstand von ca. 1 cm haben. Bringt nun die Glühlampe zum Leuch-ten. Fertigt die Schaltskizze an. Schließt anschließend die Glühlampe kurz, indem ihr mit dem Schraubendreher die beiden Kontakte verbindet.

b) Ersetzt den Aluminiumstreifen durch den dünnen Kupferdraht, auf den ihr das gefaltete Papierstück legt. Legt unter das Papier die Schutzplatte. Schaltet zusätzlich ein Stromstär-kemessgerät in Reihe. Bringt nun wieder die Glühlampe zum Leuchten. Schließt die Glüh-lampe wieder kurz, indem ihr mit dem Schraubendreher die beiden Kontakte verbindet.

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Information:

Sicherungen verhindern, dass die Stromstärke in einem Stromkreis zu groß wird und Leitun-gen durchschmoren und zu brennen anfangen. Es gibt verschiedene Arten:

� Feinsicherungen � sind in Geräte eingebaut und schützen diese. Sie bestehen aus einem dünnen Draht in einem Glasröhrchen, das ggf. mit Sand gefüllt ist.

� Autosicherungen � sind auf die verschiedenen elektrischen Strom-kreise im Auto abgestimmt.

� Schmelzsicherungen � sind in älteren Gebäuden manchmal noch in Verwendung. Sie schützen einzelne Stromkreise. In einer Porzellan-hülle ist ein Draht gespannt, der in einem Sandbett liegt. Brennt der Draht durch, fällt der Haltepunkt heraus.

� Sicherungsautomaten gibt es mehrmals in einem Sicherungskasten �. Sie sichern die verschiedenen Stromkreise einer Wohnung ab (Herd 25 A, sonstige Räume 16 A).

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� Panzersicherungen � werden vor den sogenannten „Stromzählern“ eingebaut. Sie sichern alle Stromkreise eines Hauses ab. Sie sind verplombt und dürfen nur vom Fachmann ausgetauscht werden.

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Versuch 4.4: Schutz durch Schutzkontaktleitung

Bezug Bildungsstandards: F1, F3; E7; K4, K5

Kontextbezug: Stromkabel mit drei Adern

Material: ein Schutzkontaktstecker oder / und Schutzkontaktsteckdose; ein Stück dreiadri-ges Kabel; Werkzeug (ein passender Schraubendreher, ein Seitenschneider, Werk-zeug zum Abisolieren, ein Polprüfer)

Anleitung:

a) Öffnet den Stecker / die Steckdose und schließt das Stück Kabel richtig an. Ergänzt die Bil-der auf der nächsten Seite, indem ihr die Kabel richtig einzeichnet.

b) Erklärt anhand der Zeichnungen auf dieser Seite, wozu die dritte Leitung dient. Hinweis: In beiden Bildern ist durch einen Isolationsfehler das Gehäuse des Bügeleisens mit

den stromführenden Leitungen verbunden.

Achtung: Schraubt niemals selbst an Wandsteckdosen herum; ihr begebt euch so in Lebensgefahr! Das muss ein Fachmann machen. Zieht zuerst den Stecker, bevor ihr Geräte und Stecker aufschraubt! Ein Fachmann sollte kontrollieren, was repariert wurde.

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Information:

Eine Steckdose hat normalerweise rechts einen stromführenden Kontakt, der linke ist der Rückleiter, der nicht unter Strom steht. Mit einem Phasenprüfer kann man den stromführen-den Pol schnell ermitteln. Berührt man das Ende des Phasenprüfers mit einem Finger, fl ießt ein schwacher elektrischer Strom über einen Schutzwiderstand und eine Glimmlampe im Phasenprüfer und dann über den Finger und den Körper zur Erde. Das Leuchten der Glimmlampe zeigt an, dass dieser Pol stromführend ist.

Im Alltag ist u. a. das VDE-Zeichen ein wichtiger Hinweis. Elektrogeräte, die dieses Zeichen tragen, sind sicherheitsmäßig geprüft.

Beobachtung:

a) Innensicht eines Steckers:

b) Ist das Gehäuse nicht geerdet und man berührt dieses,

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Versuch 4.5: Sicherungsautomat von innen

Bezug Bildungsstandards: F1, F3; K4, K5

Kontextbezug: Sicherungskasten (Verteilerkasten) im Haus / in der Wohnung

Material: ein geöffneter Sicherungsautomat

Anleitung: Der Sicherungsautomat hat seine beiden Anschlüsse oben und unten an den gro-ßen Schrauben. Er hat zwei unterschiedliche Mechanismen zum Auslösen. Erklärt mithilfe der Bilder wie der Automat funktioniert.

Beobachtung: s. Hilfe

4.5

Rückblick: Schaut euch nun noch einmal die „Ersten Fragen“ an und beantwortet sie.

Zusammenfassung:

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Impressum

© 2016 Auer VerlagAAP Lehrerfachverlage GmbHAlle Rechte vorbehalten.

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Autor: Dietrich HinkeldeyIllustrationen: Stefanie Aufmuth, Corina Beurenmeister, Julia Flasche, Stefanie Groß, Carmen Hochmann, Steffen Jähde, Hendrik Kranenberg, Björn Okesson, Stefan Lohr, Christoph Schmidt, Thorsten Trantow, Bettina Weller, Bettina Weyland, Hanni Wohofsky

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