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Eine Glühbirne zum Leuchten bringen

GrundschulePhysikKabel verbinden die Klemmen zu einem Stromkreis. Eine Glühbirne leuchtet, wenn Strom von + durch sie zu − fließt. Glühbirnen verhalten sich wie Festwiderstände.

Über dieses Experiment

Eine Taschenlampe, eine Türklingel und ein Spielzeugauto benötigen alle dasselbe: einen geschlossenen Stromkreis, der an einem Ende der Batterie beginnt, durch das Gerät führt und am anderen Ende wieder endet. In diesem Experiment verbinden die Kinder eine Batterie, eine Glühlampe und einen Schalter mit Drähten und finden selbst heraus, welche Anordnungen funktionieren. Vier Rätsel zeigen die typischen Fehler: beide Drähte am selben Teil der Glühlampe, eine Unterbrechung im Stromkreis, ein ausgeschalteter Schalter und zwei Glühlampen in einem gemeinsamen Strompfad.

Lernziele

  • Baue einen einfachen Stromkreis, der eine Glühlampe zum Leuchten bringt
  • Erkläre, dass ein Stromkreis geschlossen sein muss und keine Unterbrechungen haben darf
  • Finde die beiden Kontakte einer Glühlampe und erkläre, warum beide verwendet werden müssen
  • Verwende einen Schalter, um einen Stromkreis zu öffnen und zu schließen
  • Beschreibe, wie sich zusätzliche Zellen oder Glühlampen auf die Helligkeit der Glühlampen auswirken

Anleitung

  1. 1Frage, bevor du etwas berührst: Wie viele Drähte brauchst du deiner Meinung nach, damit eine Glühlampe leuchtet? Schreibe deine Vermutung auf.
  2. 2Baue einen Stromkreis, der die Glühlampe zum Leuchten bringt. Versuche dann, sie mit nur einem Draht zum Leuchten zu bringen. Ist das möglich?
  3. 3Versuche Rätsel 1. Wo berühren die Drähte die Glühlampe? Verschiebe einen Draht, damit die Glühlampe leuchtet.
  4. 4Probiere Rätsel 2 und Rätsel 3 aus. Erkläre jeden Fehler in einem Satz.
  5. 5Baue den Schalter in deinen funktionierenden Stromkreis ein. Spielt es eine Rolle, an welcher Stelle der Schleife du ihn einsetzt?
  6. 6Wechsle zu 1 Zelle und dann zu 3 Zellen. Was passiert mit der Glühlampe? Warum ist auf Glühlampen eine Spannung angegeben?
  7. 7Probiere Rätsel 4 aus. Finde heraus, wie du zwei Glühlampen so anschließen kannst, dass beide hell leuchten.

Das Modell

Ein geschlossener Stromkreis ist eine ununterbrochene Schleife.
Für ältere Schülerinnen und Schüler: Mehr Zellen sorgen für einen stärkeren Antrieb (Spannung) und mehr Strom.
Eine Glühlampe leuchtet heller, wenn mehr Strom durch sie fließt.

Annahmen

  • Jede Zelle liefert 1,5 V. Die Glühlampe ist eine 2,5-V-Taschenlampenlampe mit 0,3 A, die als konstanter Widerstand behandelt wird. Daher hängt ihre Helligkeit von der Stromstärke ab.
  • Drähte haben keinen Widerstand. Ein Draht, der + direkt mit − verbindet, verursacht einen Kurzschluss: Die Batterie wird heiß und nichts anderes funktioniert.
  • Eine Glühlampe hat zwei Kontakte: den Kontakt unten an der Spitze und das Metallgewinde. Der Glühfaden verbindet sie im Inneren des Glaskolbens.
  • Eine Glühlampe brennt durch, wenn die Stromstärke etwa das 1,6-Fache ihres Nennwerts überschreitet. Bei echten Glühfäden gibt es Unterschiede.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Warum braucht eine Glühlampe zwei Drähte und nicht nur einen?
  2. Q2Eine Taschenlampe funktioniert nicht. Nenne drei verschiedene mögliche Ursachen.
  3. Q3Warum ist es gefährlich, die beiden Pole einer Batterie einfach mit einem Draht zu verbinden?
  4. Q4Zwei in Reihe geschaltete Glühlampen leuchten schwächer als eine einzelne. Warum?
  5. Q5Nenne drei Materialien, mit denen du statt eines Drahts den Stromkreis schließen könntest, und drei, mit denen das nicht funktionieren würde.

Häufig gestellte Fragen

Was zeigen die sich bewegenden Striche entlang der Drähte im Labor?

Sie markieren die Drähte, die zum geschlossenen Stromkreis gehören. In einem echten Draht kann man keine Bewegung sehen: Winzige geladene Teilchen, sogenannte Elektronen, bewegen sich gleichzeitig durch das Metall im gesamten Stromkreis.

Ist es sicher, in der Schule einen Kurzschluss auszuprobieren?

Bei einer kleinen Zelle erwärmen sich dadurch nur die Zelle und der Draht, und die Batterie wird entladen. Trotzdem sollte man das nicht absichtlich tun. Mach das niemals mit Netzstrom oder wiederaufladbaren Batterien, denn sie können sehr heiß werden oder Feuer fangen.

Wie sollte Puzzle 4 verdrahtet werden?

Gib jeder Glühbirne einen eigenen Weg zurück zur Batterie: ein Kabel vom Pluspol zur Spitze jeder Glühbirne und ein Kabel von der Seite jeder Glühbirne zum Minuspol. Das nennt man eine Parallelschaltung. Jede Glühbirne erhält die volle Batteriespannung, daher leuchten beide hell.