Elektrotechnik in praktischen Übungen Kopiervorlagen Physik und Technik Klassen 7 9 - MINT Zirkel

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Elektrotechnik in praktischen Übungen Kopiervorlagen Physik und Technik Klassen 7 9 - MINT Zirkel
Elektrotechnik
in praktischen Übungen
Kopiervorlagen Physik und Technik
Klassen 7 – 9
Elektrotechnik in praktischen Übungen Kopiervorlagen Physik und Technik Klassen 7 9 - MINT Zirkel
Bildquellennachweis

U1, 4 (Mitte: Elektromotor), 14, 15, 16, U3, U4: ArGe Medien im ZVEH;
                                                                                                                                       Inhaltsverzeichnis
4 (oben), 5 (unten), 11, 13 (unten): Armin Ruch (Rechte liegen beim Fachverband Elektro- und Informationstechnik Baden-Württemberg);
4 (Mitte Hubmagnet): Conrad Electronic www.conrad.de;
                                                                                                                                       Einen E-Motor bauen
4 (Mitte: Kernspin, Telegraphie, Funk): fotolia
                                                                                                                                       Auf einen Blick . . ......................................................................... 2
                                                                                                                                       Zum Arbeitsblatt – Hinweise und Lösungen ........................................ 2
                                                                                                                                       Arbeitsblatt: Einen E-Motor bauen .................................................... 3

                                                                                                                                       E-Technik im modernen Haus
                                                                                                                                       Auf einen Blick . . ......................................................................... 6
                                                                                                                                       Zum Arbeitsblatt – Hinweise und Lösungen ........................................ 6
                                                                                                                                       Arbeitsblatt: E-Technik im modernen Haus ......................................... 7

                                                                                                                                       Einen Lautsprecher bauen
                                                                                                                                       Auf einen Blick . . ....................................................................... 10
                                                                                                                                       Zum Arbeitsblatt – Hinweise und Lösungen ...................................... 10
                                                                                                                                       Arbeitsblatt: Einen Lautsprecher bauen .. .......................................... 11

                                                                                                                                       Ausbildung und Karriere in den E-Handwerken ................... 14

                                                                                                                                       „Begeisterung wecken“ –
                                                                                                                                       Einführung in das Arbeitsheft

                                                                                                                                       Liebe Lehrerinnen und Lehrer,

                                                                                                                                       wenige Themen im technisch-physikalischen Unter-                       Die eigentlichen Arbeitsblätter sind kleinschrittig
                                                                                                                                       richt bieten so vielseitige Anknüpfungspunkte wie                      aufgebaut und können von den Schülerinnen und
                                                                                                                                       die Elektrotechnik. Dabei wirken Inhalte rund um die                   Schülern in Einzel-, Partner- oder Gruppenarbeit bear-
                                                                                                                                       Elektro­technik hoch motivierend, weil der Lebens-                     beitet werden. In allen Projekten wird das Handeln und
                                                                                                                                       weltbezug aufgrund der Omnipräsenz im Alltag der                       Tun in den Vordergrund gestellt. Auf schülergerech-
                                                                                                                                       Schülerinnen und Schüler einfach hergestellt werden                    tem Niveau werden die Kinder und Jugendlichen an
2. Auflage Mai 2021
                                                                                                                                       kann. Noch dazu bietet das Elektrohandwerk eine                        „wissenschaftliches“ Arbeiten herangeführt. Aufgrund
                                                                                                                                       Vielzahl an interessanten und zukunftssicheren Aus-                    der hohen Alltagsrelevanz lassen sich über den
Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen
                                                                                                                                       bildungsberufen. Diese Vielfalt der Betätigungsfelder                  Fertigungsprozess auch die bildungsplanrelevanten
bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis § 52 a UrhG: Weder das Werk, noch seine Teile dürfen ohne
                                                                                                                                       ermöglicht es, dass Jungen und Mädchen gleicher-                       Inhalte gut und von den Schülerinnen und Schülern
eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen
                                                                                                                                       maßen eine berufliche Zukunft finden können, die                       „unbemerkt“ vermitteln.
Bildungseinrichtungen. Fotomechanische oder andere Wiedergabeverfahren nur mit Genehmigung des Verlages.
                                                                                                                                       ihren jeweiligen Interessen und Vorlieben entspricht.
                                                                                                                                       Voraussetzung dafür ist, dass die Schülerinnen und                     Wir wünschen Ihnen und Ihren Schülerinnen und
Auf verschiedene Seiten dieses Heftes befinden sich Verweise (Links) auf Internetadressen. Haftungsnotiz: Trotz sorgfältiger
                                                                                                                                       Schüler ihre Selbstwirksamkeit erkennen und merken,                    ­Schülern viel Spaß bei der Arbeit mit diesem Heft.
inhaltlicher Kontrolle wird die Haftung für die Inhalte der externen Seiten ausgeschlossen. Für den Inhalt dieser externen Seiten
                                                                                                                                       dass Elektrotechnik kein „Buch mit sieben abstrakten
sind ausschließlich die Betreiber verantwortlich. Sollten Sie daher auf kostenpflichtige, illegale oder anstößige Seiten treffen,
                                                                                                                                       Siegeln“ ist, sondern Spaß macht.                                      Verlag und Fachverband Elektro- und
so bedauern wir dies ausdrücklich und bitten Sie, uns umgehend per E-Mail (l.mayer@klett-mint.de) davon in Kenntnis zu setzen,
                                                                                                                                                                                                              Informationstechnik Baden-Württemberg
damit bei Nachdruck der Nachweis gelöscht wird.
                                                                                                                                       Dieses Arbeitsheft setzt die Forderungen des
                                                                                                                                       Bildungs­plans (Sek I, Baden-Württemberg 2016,
                                                                                                                                       ­Niveau G und M) mit lebensweltrelevanten Unter-
                                                                                                                                        richtsinhalten um. In drei Themenbereichen werden
Eine Zusammenarbeit des Fachverbandes Elektro- und Informationstechnik Baden-Württemberg
                                                                                                                                        Aufgaben vorgestellt, die schülerzentriert sind und                   Thomas Bürkle
und der Klett MINT GmbH, Stuttgart
                                                                                                                                        ein hohes Maß an Handlungsorientierung bieten.                        Präsident Fachverband Elektro- und
                                                                                                                                                                                                              Informationstechnik Baden-Württemberg
                                                                                                                                       Jedes Thema beginnt mit einer Lehrerseite, in der
Autor: Armin Ruch, Schwäbisch Gmünd
                                                                                                                                       Bildungsplanbezüge und Kompetenzen dargestellt
                                                                                                                                       sind sowie detaillierte Aufstellungen zum benötigten
Redaktion: Medienwerk Hanne Lier, Stuttgart
                                                                                                                                       Material der praktischen Aufgaben. Dabei wurde
Projektkoordination und Herstellung: Lisa Mayer, Klett MINT GmbH
                                                                                                                                       berücksichtigt, dass vorrangig Alltagsgegenstände
Projektkoordination FV EIT BW: Steffen Ellinger
                                                                                                                                       zum Einsatz kommen, die entweder ohnehin vorhan-
Gestaltung und Inhalt: Bettina Herrmann, Stuttgart
                                                                                                                                       den sind oder für relativ geringe Kosten angeschafft                   Dr. Benny Pock
Illustration S. 16: Cosmoto GbR
                                                                                                                                       werden können. Komplettiert wird die Lehrerseite mit                   Geschäftsführer Klett MINT GmbH
Illustrationen: Stefanie Keidel, Grafische Produktionen Neumann, Rimpar
                                                                                                                                       Lösungshinweisen zu allen Aufgaben.

                                                                                                                                                                                                                                                                    1
Elektrotechnik in praktischen Übungen Kopiervorlagen Physik und Technik Klassen 7 9 - MINT Zirkel
Einen E-Motor bauen
Einen E-Motor bauen                                                                                                                       Arbeitsblatt: Einen E-Motor bauen

                                                                                                                                          Seit Urzeiten müssen Menschen sich in ihrer Umwelt zurechtfinden. Bevor es Hilfsmittel gab, haben
Auf einen Blick                                                                                                                           sie sich am Stand von Sonne, Mond und Sternen orientiert. Mithilfe der Technik wird die O
                                                                                                                                                                                                                                  ­ rientierung
                                                                                                                                          ­immer einfacher. Jedes Smartphone hat heutzutage ein Navigationsgerät integriert, mit dem man jeder-
                                                                                                                                          zeit über­prüfen kann, wo man sich befindet und wie man zum Ziel kommt. Das war nicht immer so.
Bildungsplan und Kompetenzen                                  Materialliste für die Versuche
                                                                                                                                          Für sehr lange Zeit war der Kompass das beste Hilfsmittel für die Orien­tierung und auch heute noch
Die Schülerinnen und Schüler (SuS) können                     • 4,5-Volt-Batterie und AA-Batterie
                                                                                                                                          wird er eingesetzt, wenn elektronische Geräte nicht verfügbar sind.
•	die Richtung eines elektromag­netischen Feldes             •	kräftige Magnete (z. B. runde Neodyn-Magnete
   bei bekannter Stromrichtung ermitteln.                        5 x 8 mm) und Hufeisenmagnet
•	die Verstärkung eines elektromagnetischen                  • Krokodilklemmenkabel
   Feldes in einem zur Spule gewickelten Leiter
   erklären und dabei die Verstärkung durch einen
                                                              •	isolierter Draht oder Kupferlackdraht, 0,5 mm bis 0,8 mm
                                                                 Durchmesser
                                                                                                                                          1.	Der Kompass ist ein Navigationsmittel, das sich am Magnetfeld der Erde ausrichtet.
   Eisenkern nachweisen.                                      • dicker Nagel und Holzspieß                                                     Man kann ihn aber auch dazu nutzen, andere Magnetfelder nachzuweisen.
•	unterschiedliche Motoren selber bauen und                  • magnetisierbare Nadel (Stopfnadel) und Schraube M5 x 20 mm
   vergleichen.                                               • Tesafilm                                                                  a.	Baue einen Kompass, indem du eine Nadel magnetisierst.                  Magnet
•	die Wirkungsweise der selbst gebauten Motoren                                                                                                                                                                                             über die gesamte
                                                                                                                                               Dazu musst du mit einem Magneten immer in die gleiche                                         Nadel streichen
   erklären und die Motoren hinsichtlich ihrer
   ­Eignung für technische Anwendungen be­werten.                                                                                              Richtung über die Nadel streichen.
•	einen einfachen Elektromotor als Generator ein-
    setzen (Fundstelle im Bildungsplan: PH 3.2.4).                                                                                        b.	Lege die magnetisierte Nadel auf ein Blatt und dieses dann in
                                                                                                                                               eine Wasser­schale. Dokumentiere, was passiert, wenn du die
                                                                                                                                                                                                                                           Nadel
                                                                                                                                               ­Nadel drehst und dann loslässt.

Zum Arbeitsblatt – Hinweise und Lösungen                                                                                                  c.	Was passiert, wenn du dich der Nadel von der Seite mit einem Magneten näherst?

Aufgabe 1                                      Aufgabe 4                                    Aufgabe 7
Lösung b: Die Kompassnadel richtet sich                                       –
                                               Lösungen: a. Telegraphie, b. Kernspin-Auf-   Lösung a: Gemeinsamkeiten: beweg­             2.	Menschen, die sich mit einem Kompass orientieren m
                                                                                                                                                                                               ­ üssen,
                                                                                                                                                                                                                             straff gespanntes Kabel
immer in eine Richtung aus (diese kann im      nahmen, c. Funkverkehr, d. Elektromotor,     liche Spule, starrer Magnet, Stromquelle.
                                                                                                                                               ­wissen, dass man dem Kompass in der Nähe von Stromleitun-
Schul­versuch auch von NORD abweichen).        e. Hubmagnet                                 Unterschiede: kein Kommutator, Ausrich-
Lösung c: Der Kompass lenkt die Nadel                                                       tung der Spule, Drehrichtung der Achse im          gen nicht trauen darf. Untersuche, woran das liegt.
von der ursprünglichen Ausrichtung ab.         Aufgabe 5                                    Verhältnis zur Spule.
                                               Lösung a:                                    Lösung c: Durch das nur halb abisolierte      a.	Schließe ein Kabel mit Krokodilklemmen an eine 4,5-V-Batterie
Aufgabe 2                                                                    +              Kabel wird erreicht, dass die Spule für die
                                                                                                                                                                                                                       4,5 V

                                                                                                                                               an. Zeichne auf, wie die Kompassnadel reagiert, wenn du das
Lösung: Die Kompassnadel wird durch das                                                     halbe Drehung, wo sie sich magnetisch                                                                                                  über die Nadel führen
Kabel über der Nadel um bis zu 90 Grad                                                      abstoßen soll, mit Strom magnetisiert wird         gerade gezogene Kabel über die Nadel führst.
abgelenkt. Die Richtung der Ab­lenkung            Strom-                       Strom-       und auf der Seite, wo sie sich magnetisch
                                                  richtung                                                                                     Was passiert, wenn du dich der N
                                                                                                                                                                              ­ adel mit dem Kabel näherst,                                            Schüssel
ändert sich, wenn man das Kabel unter                                          richtung     nicht anziehen soll, wieder ausgeschal-                                                                                                                    anheben
der Nadel durchführt. Hinweis: So kann                                                      tet. Den Rest der Drehung erledigt der             ohne dass es an die B
                                                                                                                                                                   ­ atterie angeschlossen ist?
gezeigt werden, dass es einerseits ein                                                      Schwung.
Magnet­feld um das Kabel gibt, wenn                                                                                                       b.	Beschreibe was passiert, wenn du die Nadel von unten                Batterie

Strom hindurchfließt. Anderer­seits kann                                                    Zusätzlicher Versuch
                                                  Magnet ø ≥ 8 mm                                                                              an die Schüssel heranführst.
gezeigt werden, dass das Magnetfeld               Höhe ≥ 3 mm
                                                                                            Versuchsbeschreibung: Hänge einen Draht
ringförmig um den Leiter liegt. Es muss                                                     wie eine Schaukel möglichst präzise in das                                                                                 4,5 V
zwischen technischer und physikalischer        Lösung b: Der Strom im Magneten erzeugt      Magnetfeld eines Hufeisenmagneten.                                                                                                  Kabel unter Schüssel durchziehen
Strom­richtung unterschieden werden            ein elektro­magnetisches Feld, das anders    a. Was passiert, wenn über den Draht
(Rechte-Hand-Regel).                           verläuft als das Permanentmagnetfeld. Der    Strom fließt? (Lösung: Die Schaukel
                                               Draht erzeugt auch ein Magnetfeld, das       schlägt in eine Richtung aus.)
Aufgabe 3                                      sich von dem des Magneten abstößt.           b. Was passiert, wenn du die Strom­           Achte darauf, dass die Kabel nicht zu lange an den Batterien angeschlossen bleiben, da es sonst zur
Hinweis: Das ringförmige Magnetfeld wird                                                    richtung wechselst? (Lösung: Die Schaukel
                                                                                                                                          Erwärmung von Kabel und Batterien sowie zur schnelleren Entladung der Batterie kommt.
durch die Wicklungen („Spule“) verstärkt.      Aufgabe 6                                    schlägt in die a
                                                                                                           ­ ndere Richtung aus.)
Es kann Schaltdraht oder Kupferlackdraht       Lösung b: Der Stromfluss in der Spule        c. Was passiert, wenn du den Strom von
verwendet werden. Dickerer Draht lässt         erzeugt ein elektromagnetisches Feld. Dies   zwei 4,5-V-Batterien parallel schaltest und
sich in der Regel besser biegen und hält       führt zu einer Drehung des Rotors durch      den Versuch wiederholst? (Lösung: Die
seine Form als Spule besser. Lösung: Als       Abstoßen vom Stator. Im Kommutator           Schaukel schlägt stärker aus.)
Ergebnis sollte ge­sichert werden, dass das    kommt es zur Umpolung und das elektro-       d. Was passiert, wenn du den Strom von
Magnetfeld durch die Wicklungen (die eine      magnetische Feld kehrt sich um. Dadurch      zwei 4,5-V-Batterien in Reihe schaltest und
„Spule“ bilden) verstärkt wird und die Spule   stoßen sich Rotor und Stator wieder ab. Es   den Versuch wiederholst? (Lösung: Die
einen Nord- und einen Südpol hat. Die          wiederholt sich alles.                       Schaukel schlägt so aus wie in Aufgabe
Wirkung wird durch den Eisenkern weiter                                                     a/b)
verstärkt.

2                                                                                                                                                                                                                                                                  3
Elektrotechnik in praktischen Übungen Kopiervorlagen Physik und Technik Klassen 7 9 - MINT Zirkel
Einen E-Motor bauen

                                                                                                                                                                                                                                                          Einen E-Motor bauen
                          3.	Die Erkenntnisse aus den ersten beiden Aufgaben wurden                                               Elektromotoren kommen in den unterschiedlichsten Formen und Größen vor. Es gibt winzige M
                                                                                                                                                                                                                           ­ otoren,
                               für ­technische Zwecke weiter­entwickelt und es entstand eine                                       die z. B. in Kameras den Zoom einstellen. Industriemotoren können dagegen mehrere ­Tonnen wiegen.
                               sehr sinnvolle Anwendung, die hier nun nachvoll­zogen werden                                        Das Funktionsprinzip ist aber unabhängig von der Größe dasselbe und beruht auf Elektromagnetismus.
                               kann.

                          a.	Wickle einen isolierten Draht ordentlich um einen Holzspieß.                                         5.	Elektromotoren können sehr unterschiedlich aussehen.
                               Zähle dabei die Windungen. W
                                                          ­ iederhole dasselbe bei einem
                                                                                                                                        Der einfachste Motor der Welt ist in der nebenstehenden
                               Nagel.
                                                                                                                                        ­Abbildung dargestellt: Ein Kabel ist mit dem Pluspol der
                                                                                                                                                                                                                                      +
                          b.	Schließe die beiden „Spulen“ an deine Batterie an und                                                     ­Batterie verbunden und ein Magnet ist über die Schraube
                               dokumen­tiere ihren Einfluss auf deine Kompassnadel.                                                     drehend gelagert mit dem Minuspol der Batterie ver­bunden.
                                                                                                                                        Berührt man mit dem Kabel den Magneten, beginnt er sich
                                                                                                                                                                                                        Kabel
                                                                                                                                        zu drehen.                                                                                    –
                          Schon kleine Kinder lernen beim Spielen, dass sich Magnete anziehen oder abstoßen können.
                          Das liegt an den sich gegenseitig beeinflussenden Magnetfeldern. Was für die Magnete von Kinder-         a.	Zeichne die Magnetfelder am Leiter und am Permanent­
                          spielzeug gilt, ist ebenso für elektrisch erzeugte Magnetfelder gültig. Das Anziehen und A
                                                                                                                   ­ bstoßen von        magneten in die Abbildung ein.
                                                                                                                                                                                                                                          Schraube
                          elektrischen Magnetfeldern hat unsere Technik und Zivilisation geprägt wie kaum eine andere technische
                                                                                                                                   b.	Stelle eine Hypothese auf, warum es bei der Umsetzung des
                          Errungenschaft.
                                                                                                                                        nebenstehenden Aufbaus zu einer Bewegung kommt.
                                                                                                                                        Überlege, wo sich die Magnetfelder anziehen und ab­stoßen.                                           Magnet

                          4.	Durch Erfindungen, die auf dem Elektromagnetismus beruhen, wurden folgende Errungen­schaften         c.   Baue den „Motor“ nach und überprüfe deine Hypothese.
                               ­überhaupt erst möglich. Ordne die Beschreibungen den Fachbegriffen zu. Übertrage dazu die
                               ­Beschreibungen in dein Heft und ergänze sie mit dem passenden Fachbegriff als Überschrift:
                                                                                                                                   6.	Auch durch Spulen erreicht man, dass sich elektrischer Strom
                                                                                                                                                                                                                  Rotor (Anker)           Stator
                                                                                                                                        in Bewegung wandeln lässt.                                                                Spule   (Magnet)

                                                                                                                                   a.   Übertrage die Skizze in dein Heft.                              Kommu-
                                                                                                                                                                                                        tator
                                                                                                                                   b.	Stelle eine Hypothese auf, wie es zur Drehung des Rotors
                                                                                                                                                                                                        Bürsten
                                                                                                                                        kommt. V
                                                                                                                                               ­ erwende dabei die Fachbegriffe aus der Skizze.

                                  Hubmagnet             Kernspin-           Telegraphie         Elektromotor         Funkverkehr
                                                       Aufnahmen
                                                                                                                                                                                                        Anschlussklemme             Anschlussklemme
                          a.	Mithilfe von elektromagnetischen Schaltungen können Signale zur Kommunikation über sehr,
                               sehr lange Leitungen übertragen werden. Erstmals war es möglich, über große Strecken hinweg
                               schnell zu kommunizieren.
                                                                                                                                   7.	Der abgebildete Motor ist eine Abwandlung des Motors aus
                                                                                                                                        der vorigen Aufgabe.
                          b.	Mithilfe von elektromagnetischen Signalen können Bilder vom Inneren des Körpers gemacht
                               ­werden, ohne dass gefährliche Röntgenstrahlen zum Einsatz kommen.
                                                                                                                                   a.	Vergleiche die Motoren und beschreibe die Unterschiede und
                                                                                                                                        ­Gemeinsamkeiten.
                          c.	Informationen werden als elektromagnetische Wellen durch die Luft übertagen und können von
                               ­bestimmten Empfängern wieder in verständliche Informationen umgewandelt werden.
                                                                                                                                   b.	Baue den Motor nach und überprüfe die Funktion.

                          d.	Steuerbare elektromagnetische Felder führen zusammen mit einem Permanentmagneten zu einer            c.	Erläutere, warum der Motor nur dann funktioniert, wenn der
                                                                                                                                        Spulendraht an den Auflagestellen auf einer Seite komplett
                               ­Rotationsbewegung.
                                                                                                                                        und auf der anderen Seite nur zur Hälfte abisoliert ist.
                          e.	Schwerste Lasten aus Metall können von Kränen angehoben und abgesetzt werden, ohne dass die
                               ­Lasten „gegriffen“ werden müssen.

                      4                                                                                                                                                                                                                               5
Elektrotechnik in praktischen Übungen Kopiervorlagen Physik und Technik Klassen 7 9 - MINT Zirkel
E-Technik im modernen Haus
E-Technik im modernen Haus                                                                                                                              Arbeitsblatt: E-Technik im modernen Haus

                                                                                                                                                        Vor etwa 2000 Jahren begannen die Menschen die Energie der Sonne durch Brennspiegel technisch
Auf einen Blick                                                                                                                                         ­nutzbar zu machen. Zunächst wurden die Sonnenstrahlen als Wärmequelle verwendet (Solar­thermie).
                                                                                                                                                        Als Quelle für elektrischen Strom wird die Energie der Sonne seit der Mitte des 20. Jahr­hunderts ge-
                                                                                                                                                        nutzt (Photovoltaik). Beide Verfahren sind mittlerweile technisch so ausgereift, dass sie wesentlich zur
Bildungsplan und Kompetenzen                                             Materialliste für die Versuche
                                                                                                                                                        ­modernen Energieversorgung beitragen.
Die Schülerinnen und Schüler (SuS) können                                • Schuhkarton
•	an Beispielen beschreiben, dass Aussagen in der                       •	Solarplatte z. B. bei Opitec.com
   Physik grundsätzlich überprüfbar sind (Frage­                            „Artikelnummer: 124069“, 200 mA, 0,5 V, 2,79 €
   stellung, Hypothese, Experiment, Bestätigung                          	Alternativ können in Aufgabe 3 auch Batterien                                1.	Um die Energie der Sonne optimal zu nutzen, müssen Photovoltaikanlagen nach bestimmten
   beziehungsweise Widerlegung). (Fundstelle im                             verwendet werden. Diese sind, wie Solarplatten,
                                                                                                                                                             ­Regeln aufgestellt werden. Um diese Regeln herauszufinden, baue den abgebildeten Versuch auf.
   Bildungsplan: PH 3.2.1 M(2))                                             Gleichstromquellen. Die Batterien dienen dann als Modell
•	in einfachen Reihenschaltungen und Parallel-                             gem. Bildungsplan                                                                Für die Durchführung musst du drei Pappgestelle sowie drei Beschattungspappen fertigen.
   schaltungen Gesetzmäßigkeiten für die Strom-                          • (Taschen)lampe
   stärke und die Spannung beschreiben.                                  • Geodreieck                                                                    	Zeichne mithilfe eines Geo­dreiecks
•	Größenordnungen typischer Leistungen im All-                          • Pappe
                                                                                                                                                             jeweils zwei rechtwinklige Dreiecke mit
   tag ermitteln und vergleichen (z. B. körperliche                      • Multimeter
   Tätigkeiten, Handgenerator, Fahrradergometer,                         • Kabel                                                                             den Winkeln 15°, 30° und 45° auf ein                                                                    (Taschen)
                                                                                                                                                                                                                                                                     Lampe
   Typenschilder, Leistungsmessgerät, Pkw, Solar-
                                                                                                                                                             Stück Pappe und schneide die Dreiecke
   zelle). (Fundstelle im Bildungsplan: PH 3.2.3 (8))                                                                                                                                                                          Loch im Karton
                                                                                                                                                             aus. Baue drei Gestelle für die Solarplatte
                                                                                                                                                             aus jeweils zwei gleichen Papp­dreiecken                                                                             Karton mit
                                                                                                                                                                                                                                                                                  Deckel
                                                                                                                                                             (15°, 30° und 45°) und etwas Klebeband.                                          Solar-

Zum Arbeitsblatt – Hinweise und Lösungen                                                                                                                     Fixiere eine Solarplatte mithilfe des
                                                                                                                                                                                                                                              platte

                                                                                                                                                                                                                  Multimeter
                                                                                                                                                             Klebe­bands auf dem Papp­gestell, ohne
Aufgabe 1                                                 Lösung b: Parallelschaltung: die S ­ pannung   Aufgabe 4
                                                                                                                                                             die Oberfläche zu ver­decken.
Lösungen:                                                 [Volt] bleibt gleich, die Stromstärke          Hinweis: Die Angaben der SuS können von
a. Je steiler die Solarplatte* zum Licht                  [­Ampere] addiert sich.                        der folgenden Musterlösung abweichen.                                                                    VA
                                                                                                                                                         	Fertige ein Pappstück von der Größe der
steht, desto geringer werden die gemes-                   Lösung c: Aus a und b folgt: Eine Reihen-      Das hat keinen Einfluss auf die Kernaus­
senen Werte (die konkreten Zahlenwerte                    schaltung mehrerer Platten führt zu einer      sage. Die Entfernungen sind Circa-An­               Solarplatte und h
                                                                                                                                                                             ­ albiere es. S
                                                                                                                                                                                           ­ chneide
hängen von der jeweilige Solarplatte, der                 höheren Gesamtspannung; eine Paral-            gaben.
                                                                                                                                                             aus der einen Hälfte wiederum eine Hälf-                           Pappgestell              Winkel (15°, 30°, 45°)
Größe des Schuhkartons, der verwendeten                   lelschaltung mehrerer Platten erhöht die       Lösung a: Entfernung von SZ 1 zu Punkt 1:
Taschenlampe ab).                                         Gesamtstromstärke.                             10 m, zu 2: 4 m, zu 3: 4 m, zu 4: 7 m, zu 5:        te heraus, sodass du die Solarplatte nun
b. Die gemessenen Werte reduzieren sich                                                                  15 m, zu 6: 8 m, zu 7: 8 m, zu 8: 11 m. Als
                                                                                                                                                             zu 25 %, 50 % und 75 % beschatten kannst.
entsprechend zu den Werten aus Auf­                       Aufgabe 3                                      Summe ergibt das etwa 71 m.
gabenteil a.                                              Hinweis a: Eine Lösung kann nicht vorge-       Lösung b: Schließt man (1, 2, 5 und 6),
                                                                                                                                                        	Ermittle, inwieweit der Winkel der Solarplatte zum Licht sowie die Menge des einfallenden Lichts
c. Verbindliche Aussagen über den Grund                   geben w ­ erden, weil ein konkreter Wert von   (3 und 4) sowie (7 und 8) jeweils mit
einer Veränderung von Werten können nur                   der individuellen Leistung der ver­wendeten    einem Bus an, werden noch etwa 16 + 8 +             einen Einfluss auf die Leistung der Solarplatte haben. Gehe dabei wie folgt vor:
dann getroffen werden, wenn sich nur ein                  Platten abhängt.                               11 M­ eter = 35 m Kabel benötigt.
Parameter ändert und sonst alle Bedingun-                 Lösungen b und c:                              Lösung c: Wenn alle Geräte auf derselben       a.	Übertrage die Tabelle in dein Heft. Miss Stromstärke und Spannung, die deine Solarplatte unter
gen gleich bleiben.                                       Reihenschaltung: Die Spannung ist              Leitung kommunizieren, ist die Sicherheit
                                                                                                                                                             sonst gleichen Bedingungen für die Winkel 0°, 15°, 30° und 45° aufweist und trage die gemessenen
                                                          sechsmal so hoch wie die Spannung einer        sehr wichtig. Kriminelle könnten sich
Aufgabe 2                                                 Einzelplatte, die Stromstärke bleibt gleich.   Zugriff auf den BUS verschaffen und damit           Werte in deine Tabelle ein:
Hinweise: Die Solarplatten verhalten sich                 Parallelschaltung: Die Spannung ist so         auf die angeschlossenen Geräte und er-
so, wie es von der Reihen- und Parallel-                  hoch wie die einer Einzelplatte, die Strom-    fassten Daten zugreifen – bspw. ließe sich                                                Winkel                                              Beschattung
schaltung herkömmlicher Stromquellen                      stärke ist sechsmal so hoch wie die einer      die Haustüre öffnen.
bekannt ist, z. B. von Batterien.                         Einzelplatte.                                  Hinweis d: Mit einem Zirkel (10 m maß-
                                                                                                                                                                                  0°         15°            30°        45°        0%               25 %            50 %           75 %
Lösung a: Reihenschaltung: die Spannung                   Schaltung 3 x 2: Die Spannung verdrei-         stabgetreu einstellen) in die Mitte der SZ           Stromstärke
[Volt] addiert sich, die Stromstärke [Am-                 facht sich, die Stromstärke verdoppelt         einstechen und Kreise darum zeichnen.
                                                                                                                                                              in Ampere
pere] bleibt gleich.                                      sich.                                          Dabei werden unterschiedliche Bereiche
                                                          Schaltung 2 x 3: Die Spannung verdoppelt       abgedeckt. Es gibt keine beste Position!             Spannung
                                                          sich, die Stromstärke verdreifacht sich.       Jede Position hat Vor- und Nachteile,
                                                                                                                                                              in Volt
                                                          Lösung d: Abweichungen entstehen,              je nachdem, wo sich der Hausbesitzer
* In Solarzellen wird Sonnenenergie in elektrische        wenn die Beleuchtung der Platten sich          mit seiner Fern­steuerung am häufigsten
Energie umgewandelt. In einem Solar­modul, wie man        gegenüber der ersten Messung ändert.           aufhält.                                       b.	Miss Stromstärke und Spannung für eine Beschattung von 0 %, 25 %, 50 % und 75 % bei a­ nsonsten
es auf Hausdächern sieht, sind mehrere Solarzellen
                                                          Außerdem ist es möglich, dass Platten
in einer P
         ­ latte – dem Solarmodul – zusammenge-                                                                                                              gleichen Bedingungen und trage sie mit anderer Farbe in deine Tabelle ein.
fasst. Dieses Modul wird oft auch als Solarpanel          individuelle Unterschiede aufweisen.
                                                          Der Widerstand der Leitungen kann sich
bezeichnet. Der Begriff Solarplatte, wie er im Arbeits-
blatt verwendet wird, kann als neutraler Überbegriff      auf die gemessenen Leistungen ebenso
                                                                                                                                                        c.	Begründe, warum es wichtig ist, dass alle Bedingungen (Parameter) außer derjenigen, die absicht-
für Module und Zellen verwendet werden.                   auswirken.                                                                                         lich verändert wird, gleich gehalten werden.

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Elektrotechnik in praktischen Übungen Kopiervorlagen Physik und Technik Klassen 7 9 - MINT Zirkel
E-Technik im modernen Haus

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                                 2.	Ein Hausbesitzer hat sich eine Photovoltaikanlage gekauft, die aus drei einzelnen Platten besteht.                                                 4.	Die Abbildung zeigt den Grundriss eines Hauses mit verschiedenen elek­trischen Verbrauchern. In
                                      Nun möchte er verstehen, wie die Elektrofachkraft die Platten verbindet, um die Leistung der Anlage                                                    einem intelligent vernetzten Haus „kommunizieren“ Elektrogeräte und weitere elektrische Verbrau-
                                      an das Stromnetz anzupassen.                                                                                                                           cher, wie Heizung oder Rollos, miteinander. In diesem sogenannten Smart Home wird eine zentrale
                                                                                                                                                                                             ­Steuerung verwendet, die mit den einzelnen Geräten kommuniziert. Dadurch muss nicht jedes Gerät
                                 a.	Verbinde die Platten so, dass diese in Reihe geschaltet sind. Miss Spannung und Stromstärke und
                                                                                                                                                                                             mit jedem verbunden werden, sondern nur jedes Gerät mit dieser Steuerungszentrale (SZ).
                                      schreibe diese auf.

                                 b.	Verbinde die Platten so, dass diese parallel geschaltet sind. Miss Spannung und Stromstärke und                                                    a.	Berechne, wie viel Meter Kabel notwendig sind, damit alle Geräte mit der Steuerungszentrale 1
                                                                                                                                                                                             (SZ 1) verbunden werden können.
                                      schreibe diese auf.
                                                                                                                                                                                        	Es besteht die Möglichkeit, alle Geräte mit nur einem Kabel zu verbinden, das von Gerät zu Gerät
                                 c.	Wie müssen die Solarplatten verbunden werden, wenn der Hausbesitzer …
                                                                                                                                                                                             läuft, solange es auch an einer Stelle mit der Steuerungszentrale verbunden ist. Die Kommunikation
                                      … eine möglichst hohe Spannung erreichen möchte?
                                                                                                                                                                                             erfolgt dann von der SZ an alle Geräte, wobei die SZ die Geräte „beim Namen nennt“ und nur das
                                      … einen möglichst starken Strom benötigt?
                                                                                                                                                                                             jeweils angesprochene Gerät reagiert. Man nennt das BUS-Kommunikation.

                                         +              –       +               –           +               –                                                                           b.	Berechne, wieviel Meter Kabel im Vergleich zu Lösung a eingespart wird, wenn man für die Kom­
                                                                                                                            +   –     +       –   +       –
                                                                                                                                                                                             munikation eine sogenannte „BUS-Leitung“ verwendet.

                                                                                                                                                                                             Der Hausbesitzer möchte auch seine Außenbeleuchtung mit der BUS-Leitung ansteuern.

                                                                                                                                                                                        c.	Werden BUS-Leitungen außerhalb des Gebäudes installiert, sind damit nach Einschätzung der
                                                                                                                                                                                             ­Polizei Sicherheitsrisiken verbunden. Überlege dir, warum es gefährlich wäre, wenn Kriminelle auf

                                 3.	Die Abbildungen zeigen unterschiedliche Möglichkeiten, wie man sechs Solarplatten mit­einander                                                          die BUS-Leitung Zugriff hätten.

                                      verschalten kann. Sage voraus, wie hoch bei jeder Verschaltung die jeweiligen Leistungswerte sind.                                                	Der Hausbesitzer möchte seine Installationen gerne drahtlos mit einer Fernsteuerung bedienen,
                                      Gehe dabei wie folgt vor:                                                                                                                              ­während er sich im Haus bewegt. Zur Kommunikation mit der Steuerungszentrale nutzt er ein
                                                                                                                                                                                             Bluetooth-Gerät mit einer Reichweite im Haus von max. 10 m.
                                 a.   Miss die Leistung einer einzelnen Solarplatte und nimm diesen Wert als Grundlage.

                                 b.	Formuliere zu den einzelnen Schaltmöglichkeiten eine Hypothese und berechne, wie sich S­ pannung                                                   d.	Überlege dir, welcher Ort für die Steuerungszentrale am besten geeignet ist (SZ 1, SZ 2 oder SZ 3).
                                                                                                                                                                                             Alle Standorte haben Vor- und Nachteile. (Tipp: benutze hierfür einen Zirkel. Beachte den Maßstab!)
                                      und Stromstärke entwickeln werden („Wenn sechs Platten … geschaltet werden, dann beträgt die
                                      Strom­stärke … und die Spannung …“).
                                                                                                                                                                                                                                 2,5 m                    4m                      4m
                                 c.   Überprüfe die Werte aus deiner Hypothese, indem du die Schaltungen nachbaust und misst.                                                                                                                                                       7
                                                                                                                                                                                                     5                                                 Eltern
                                 d.	Es kann sein, dass deine Hypothesen von den wirklichen Werten abweichen. Überlege (auch wenn                                                                                                                                                                        8
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Wohnen
                                      die Werte gleich sind), woran das liegen könnte.                                                                                                                         4m
                                                                                                                                                                                                                                                                                 Arbeiten
                                                                                                                                                                                                                              Toilette

                                        Reihe                                                                                       2x3                       3x2                                                                                                                           SZ
                                                                                                                                                                                                                                                                                            3
                                         +      –   +       –       +       –       +           –   +       –   +       –             +   –   +   –   +   –    +    –   +   –   +   –
                                                                                                                                                                                                                       6

                                                                                                                                                                                               1m
                                                                                                                                                                                                                                                                          SZ
                                                                                                                                                                                                                                            Flur                          2

                                                                                                                                                                                                                                                                     SZ
                                        Parallel                                                                                                                                                                                                                     1
                                                                                                                                      +   –   +   –   +   –    +    –   +   –   +   –
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       Essen
                                                                                                                                                                                                    1
                                                                                                                                                                                                                                                   2
                                         +      –       +   –           +       –       +           –   +       –   +       –

                                                                                                                                                                                               4m                    Kind
                                                                                                                                                                                                                                                                                 Küche
                                                                                                                                                                                                                                                         Bad

                                                                                                                                                                                                                                                                          3                  4

                                                                                                                                                                                                                    5,5 m                                 4m                      4m                              5m

                                                                                                                                                                                                     1 = Rollo Kinderzimmer              5 = Gartenbeleuchtung            SZ1 = Position Steuerungszentrale, Möglichkeit 1
                                                                                                                                                                                                     2 = Waschmaschine                   6 = Eingangstür                  SZ2 = Position Steuerungszentrale, Möglichkeit 2
                                                                                                                                                                                                     3 = Spülmaschine                    7 = Heizung Arbeitszimmer        SZ3 = Position Steuerungszentrale, Möglichkeit 3
                                                                                                                                                                                                     4 = Kühlschrank                     8 = Fernseher Wohnzimmer

                             8                                                                                                                                                                                                                                                                                                 9
Elektrotechnik in praktischen Übungen Kopiervorlagen Physik und Technik Klassen 7 9 - MINT Zirkel
Einen Lautsprecher bauen
Einen Lautsprecher bauen                                                                                                                 Arbeitsblatt: Einen Lautsprecher bauen

                                                                                                                                         1.   Fertige einen Lautsprecher entsprechend der Anleitung.
Auf einen Blick
                                                                                                                                               Durchmesser:
                                                                                                                                               10 cm außen
                                                                                                                                               5 cm innen                                                                                 Drahtenden jeweils 15 cm
Bildungsplan und Kompetenzen                                Materialliste für die Versuche

Die Schülerinnen und Schülern (SuS) können                  •	Pappe (ca. 30 cm x 30 cm)
                                                                                                                                                               120°                                                                             1 cm
•	Kriterien für die Unterscheidung zwischen                •	Schreibpapier DIN A4                                                               11 cm
   Beobachtung und Erklärung beschreiben                    •	festes Papier als Boden (DIN A4) sowie als Membran                                                                                                                     1,5 cm
   (Be­obachtungen durch Sinneseindrücke und                   (ca. 10 cm x 10 cm)                                                                                                                                                              2 cm
   Messungen, Erklärungen durch Gesetze und                 •	4 scheibenförmige Dauermagnete (Neodyn; Polung:
                                                                                                                                                                                                                                       4,5 cm
   ­Modelle) (Fundstelle im Bildungsplan: PH 3.2.1             N/S oben/unten; N/S an den Seiten funktioniert nicht!)                                                           3 cm
    M(1)).                                                  • Klebeband, z. B. Tesa
•	den Aufbau eines Stromkreises unter Vorgabe              • Kupferlackdraht, ca. 0,8 mm, 1 m Länge                                          1. Fertige das Lautsprechergestell.        2. Schneide aus dem festen Papier         3. Schneide aus einem Blatt Schreib-
    einer Schaltskizze durchführen sowie Strom-             • 4,5-V-Blockbatterie                                                             Zeichne dazu den Mittelpunkt ein und       einen Kreis mit einem Durchmesser         papier ein Rechteck mit den Maßen
   kreise in Form von Schaltskizzen darstellen und          •	Krokodilklemmen                                                                miss die drei Beine ab dem Mittel-         von 6,6 cm aus. Führe einen geraden       4,5 cm x 8,5 cm. Wickle dieses fest
   Stromstärke und Spannung messen (Fundstelle              • MP3-Player oder Ähnliches für das Tonsignal                                     punkt: 11 cm Länge und 3 cm Breite         Schnitt vom Rand zum Mittelpunkt          um einen Bleistift und fixiere es mit
   im Bildungsplan: PH 3.2.5 M(5+6)).                       • Multimeter                                                                      im 120°-Winkel. Zeichne mit einem          aus. Klebe die Enden übereinander, so-    Klebeband. Wickle den Kupferdraht
•	eine einfache Anwendung des Elektromagnetis-                                                                                               Zirkel zwei Kreise um den Mittelpunkt:     dass ein Trichter entsteht. Dazu sollte   wie auf der Abbildung gezeigt um die
   mus funktional beschreiben (z. B. Elektromag-                                                                                              Radius (Zirkelweite) 5 cm und 10 cm.       ein Bereich von etwa 20° überlappen.      Papierrolle. Fixiere auch den Draht mit
   net, Lautsprecher, Elektromotor) und die magne-                                                                                            Schneide die Form sauber aus.                                                        Klebeband.
   tische Wirkung einer stromdurchflossenen Spule
   untersuchen und beschreiben (Fundstelle im
   Bildungsplan: PH 3.2.4 M(2+3)).

Zum Arbeitsblatt – Hinweise und Lösungen
Aufgabe 1                                    Aufgabe 3                                     sowohl im Google Playstore für Android-
Hinweise: Die Montage des Lautsprechers      Lösungen a und b: Das Magnetfeld der          Geräte als auch im App-Store von Apple
soll Spaß machen und zu einem schüler­       ­Spule stößt sich vom Magnetfeld des          gratis verfügbar (Stichwort Ton­generator).
                                                                                                                                              4. Klebe die Papierrolle mit der           5. Schneide einen Streifen 3 cm x         6. Knicke die drei Beine des Gestells
zentrierten und handlungsorientierten         fixierten Dauermagneten ab und bewegt        Diese sollten für den optimalen Einsatz
                                                                                                                                              Drahtspule wie auf der Abbildung ge-       20 cm von dem Schreibpapier ab und        nach unten um. Fixiere den Trichter
Unterricht anregen. Gerade die Einfach-       so die Membran nach oben. Die Membran        die Tonhöhe / Frequenz und die Lautstärke
                                                                                                                                              zeigt an die Spitze des Papiertrichters.   wickle ihn fest zu einer 3 cm breiten     mit drei Streifen Klebeband straff am
heit, mit der die Spule gewickelt und die     bleibt oben, solange die Spule unter Strom   regelbar machen.
                                                                                                                                                                                         Rolle mit einem Durchmesser von           Gerüst. Achtung: Der Trichter darf das
Membran erzeugt wird, sorgen später für       steht.                                       Lösungen: Im Aufgabenteil a lässt sich
                                                                                                                                                                                         5 mm. Fixiere mit Klebeband zunächst      Gestell nicht berühren.
einen umso größeren Wow-Effekt. Anstelle      Lösung c: Eine stromdurchflossene Spule      beobachten, dass die Membran mit stei-
                                                                                                                                                                                         die Rolle, dann wie auf der Abbildung     Fixiere außerdem die „Magnetrolle“
von Bastelkleber und Klebefilm kann auch      erzeugt ein Magnetfeld.                      gender Tonhöhe schneller schwingt. Zur
                                                                                                                                                                                         gezeigt die vier Magnete an der Rolle.    auf einem festen Blatt Papier, das den
Heißkleber verwendet werden. Hierbei sind     Lösungen: Aufgabenteile d und e sollen       Verdeut­lichung können dazu 3 bis 6 Reis-
                                                                                                                                                                                                                                   Laut­sprecherboden bildet.
die spezifischen Sicherheitsbestimmungen      verdeutlichen, dass man den Ausschlag        körner auf die Membran gelegt werden.
altersabhängig zu berücksichtigen.            der Membran über die Stromstärke, aber       Im Aufgabenteil b sollten die SuS beobach-
                                              nicht über die Spannung verändern kann.      ten, dass bei Veränderung der Lautstärke
Aufgabe 2                                     Hinweis: Später wird dies aufgegriffen,      die Membran stärker ausschlägt, wobei
Hinweis: Diese Aufgabe ist eine Hin­          wenn anhand der Messung der Strom-           die Frequenz gleichbleibt – der Begriff
führung zum Verständnis des Systems           stärke ein Rückschluss auf die Lautstärke    „Frequenz“ kann von den SuS natürlich
„Lautsprecher“. Die SuS werden gezielt        getroffen wird.                              auch umschrieben werden. Mit den
dazu angehalten, die einzelnen Kompo-                                                      Erkenntnissen aus Aufgabe 3 können die
nenten in ihrer jewei­ligen Funktion zu      Aufgabe 4                                     SuS rückschließen, dass die Stromstärke
beschreiben.                                 Hinweise: In dieser Aufgabe werden auf        höher sein muss.
Lösung: Zu benennen ist neben dem Papp-      einfachem Niveau Aspekte der Akustik auf-
gestell die Membran – wird durch die Spule   gegriffen. Sollte das Niveau E angestrebt     Aufgabe 5
bewegt, die Spule – bewegt die Membran       werden, ist es möglich, die relevanten        Lösungen a und b: Bei Veränderung der
durch Abstoßen des Dauermagneten, der        Begriffe einzuführen und zu thematisieren.    Tonhöhe verändert sich die Frequenz;               7. Führe die Magnete in die Röhre          8. Entferne die Isolierung vom Kupfer-    9. Verbinde die Krokodilklemmen mit
Dauermagnet – stößt die stromdurchflos-      Aber auch ohne die Einführung der Einheit     Stromstärke (und Spannung) bleiben                 auf der Unterseite des Trichters. Die      draht und schließe Krokodilklemmen        einem Lautsprecherkabel. Das geht
sene Spule ab, der Ständer – hält die Mem-   „Hertz“ kann durch reine Beobachtung          aber gleich. Bei Steigerung der Lautstärke         Magnete müssen sich auf der Höhe           an.                                       gut mit einem Cinchstecker, wo jeweils
bran mit der Spule und den Dauer­magneten    der Zusammenhang zwischen Frequenz            erhöht sich die Stromstärke (die Spannung          der Spule befinden. Wenn Trichter,         Wenn das Gestell nicht von alleine        eine Krokodilklemme an einen Kontakt
in Position, die Kabel – leiten den Strom    der Membranschwingungen und Tonhöhe           bleibt gleich).                                    Spulenhalter oder Magnete irgendwo         steht, fixiere die Beine mit Klebeband    angeschlossen wird. Es funktioniert
zur Spule, die Stromquelle – liefert Span-   erkannt werden. In dieser Aufgabe stehen      Hinweis: Die quantitativen Lösungen                klemmen, muss dies behoben werden.         auf dem „Boden“ des Lautsprechers.        aber auch mit Klinkensteckern, wenn
nung. Die Batterie wird später durch ein     Beobachtung, klare Beschreibung und           werden stark konstruktionsabhängig                 Alle Teile müssen sich frei bewegen                                                  kein Cinchkabel verfügbar ist.
elektrisches Musikwiedergabegerät (z. B.     Hypothesenbildung im Vordergrund. Apps        ausfallen; des­wegen ist es nicht sinnvoll,        können.
MP3-Player, Smartphone …) ersetzt.           für das Generieren von Ton­signalen sind      Muster­lösungen vorzugeben.

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Elektrotechnik in praktischen Übungen Kopiervorlagen Physik und Technik Klassen 7 9 - MINT Zirkel
Einen Lautsprecher bauen

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                                2.	Überlege dir für jedes Bauteil, welche Rolle es in dem System „Lautsprecher“ spielt.                       d.	Wiederhole das Vorgehen von oben (Hypothesenbildung, Überprüfung, Erklärung) mit einer neuen
                                      Fertige hierzu eine Tabelle an, in die du die Bezeichnung des Teils und die Funktion einträgst:               Fragestellung: Was passiert, wenn du zwei 4,5-V-Batterien in Reihe schaltest?

                                       Bezeichnung des Bauteils           Aufgabe / Funktion                                                   e.	Wiederhole das Vorgehen von oben (Hypothesenbildung, Überprüfung, Erklärung) mit einer neuen
                                       Pappgestell                        hält die Lautsprecherkonstruktion                                         Fragestellung: Was passiert, wenn du zwei 4,5-V-Batterien parallel schaltest?

                                       …                                  …
                                                                                                                                               4.	Schließe deinen Lautsprecher an einen Tongenerator an.
                                                                                                                                                    Das geht z. B. mit einem Smartphone und einer App, in der
                                                                                                                                                                                                                     Möglichkeit 1
                                Wenn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler etwas untersuchen, dann folgen sie dabei nicht
                                                                                                                                                    Töne generiert werden.
                                etwa ihrem Bauchgefühl oder hoffen auf einen Zufall. Sie entwickeln aus dem, was sie bereits zu dem
                                ­Thema wissen, eine Idee davon, was vermutlich im Experiment passieren wird. E-Handwerker gehen
                                                                                                                                               a.	Beobachte, was passiert, wenn du die Frequenz von
                                                                                                                                                    ganz gering zu ganz hoch verschiebst. Übertrage die linke
                                ganz ähnlich vor, wenn sie beispielsweise die Ursache eines Fehlers suchen. Vermutungen, die aus                                                                                     Möglichkeit 2
                                                                                                                                                    ­Tabelle in dein Heft und ergänze sie.
                                ­Vorwissen entwickelt werden, nennt man Hypothesen. Ein Experiment gliedert sich in seiner einfachsten
                                Form in das Aufstellen einer Hypothese, das Überprüfen der Hypothese und das anschließende Beur­               b.	Wiederhole den Versuch. Verändere aber diesmal nicht
                                teilen, wie der Versuch gelaufen ist.                                                                               die Tonhöhe, sondern die Lautstärke. Übertrage die rechte
                                                                                                                                                    Tabelle in dein Heft und ergänze sie.
                                 Vorwissen                   Hypothese                  Experiment                 Diskussion
                                 wird benötigt,              basiert auf                dient der                  fasst zusammen,                   Tonhöhe      Beobachtung                           Lautstärke Beobachtung
                                 um eine begrün-             Vor­wissen und             Über­prüfung der           was im Experiment                 hoch                                               leise
                                 dete Vermutung              ist eine Vermutung,        ­Hypothese. Es ist         ­passiert ist. Wenn
                                 aufzustellen.               was in einem                nicht schlimm, wenn        eine Hypo­these                  mittel                                             mittel
                                                             ­Experiment ­               das Experiment             nicht bestätigt ­
                                                                                                                                                     tief                                               laut
                                                              passieren wird.            die Hypothese              wurde, kann man
                                                                                         nicht bestätigt.           hier vermuten,
                                                                                                                    woran das lag.
                                                                                                                                               5.	Baue einen Versuch entsprechend der
                                                                                                                                                    ­Abbildung auf.

                                3.	Du wirst sehen, dass es gar nicht so schwer ist, Hypo­thesen zu bilden. Selbst wenn du glaubst             a.	Übertrage die linke Tabelle in dein Heft und
                                      das Ergebnis des Versuchs schon zu kennen, ist das richtige Vorgehen wichtig! Bevor du den                    ­trage die Stromstärke in Ampere ein, wenn du
                                      ­Lautsprecher ausprobierst, schreibe unbedingt erst deine Vermutungen auf und begründe sie.                   die Tonhöhe veränderst.
                                      Sonst würdest du keine Hypothese aufstellen, sondern „nur rumprobieren“.
                                                                                                                                               b.	Übertrage die rechte Tabelle in dein Heft und
                                a.	Stelle eine Hypothese dazu auf, was passiert, wenn du mit den                                                   trage die Stromstärke in Ampere ein, wenn du
                                                                                                                             Kabel zur Laut-
                                      beiden Kabeln den Plus- und den Minus-Pol einer 4,5-V-Block-                           sprecherspule          die Lautstärke veränderst.
                                      batterie berührst.

                                b.	Nachdem du eine Hypothese aufgestellt hast, musst du sie
                                      überprüfen. Beachte dabei, dass du deine Beobachtungen                                                         Tonhöhe      Beobachtung                           Lautstärke Beobachtung

                                      so genau wie möglich aufschreibst. Dabei hilft es oft eine                                                     hoch                                               leise
                                                                                                               4,5 V
                                      einfache Zeichnung anzufertigen. Beachte aber: eine gute                                                       mittel                                             mittel
                                      Beschreibung liefert noch keine Erklärung, diese folgt später.
                                                                                                                                                     tief                                               laut
                                	Halte nun die Kabel an die Batterie und beschreibe genau, was dabei passiert.

                                c.	Überlege dir, wie du deine Beobachtungen aus Aufgabenteil b mit deinem Wissen über die P
                                                                                                                           ­ hysik
                                      erklären kannst. Diesen erklärenden Teil des Versuchs nennt man „Dis­kussion“.

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Elektrotechnik in praktischen Übungen Kopiervorlagen Physik und Technik Klassen 7 9 - MINT Zirkel
Ausbildung im E-Handwerk

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                                Ausbildung und Karriere in den E-Handwerken                                                                        Ausbildung im E-Handwerk
                                Smartphone, Smart Home, Solartechnik                       die Lautsprecher im Schlafzimmer von
                                Elektromobilität – ohne Elektronik läuft                   einem Touchpanel oder über das Smart-
                                                                                                                                                                                 Die Innovativen haben den                                             Die Power-Worker sorgen
                                heutzutage nichts mehr! Als E-Zubi kannst                  phone regeln lässt. Und da die bevor­
                                                                                                                                                                                 Durchblick bei Smart Home                                             für schlaue Technik —
                                du ein Teil dieser aufregenden Welt werden                 stehende, flächen­deckende Einführung                                                 und Smart Energy.                                                     Zuhause und im
                                                                                                                                                                                                                                                       Bürogebäude.
                                und dafür sorgen, dass alles reibungslos                   der Elektro­mobilität nicht nur E-Fahrzeuge,
                                funktioniert. Finde heraus, welcher Weg                    sondern auch die dazu notwendige Lade­
                                                                                                                                               Elektroniker/-in für                                                         Elektroniker/-in Fachrichtung
                                dorthin der richtige für dich sein könnte.                 infrastruktur erfordert, bist du als E-             Gebäudesystemintegration                                                     Energie- und Gebäudetechnik
                                                                                           Handwerker auch auf diesem Gebiet als
                                Seien es die vielfältigen und sich stetig                                                                      Ausbildungsinhalte:                                                          Ausbildungsinhalte:
                                                                                           Fachmann/-frau gefragt.                             • Smart Home- und Energiemanagementsysteme                                   • Systeme der Energie- und Gebäudetechnik
                                weiterentwickelnden Installationen, das
                                                                                                                                               • Konzipieren, Programmieren und Parametrieren                               • Installieren und Konfigurieren von
                                Bauen und Programmieren von Elektro-                       Ab August 2021 habt ihr noch bessere                  von Gebäudesystem- und Netzwerktechnik                                       Gebäudesystemtechnik
                                                                                                                                               • Gewerkeübergreifende technische Planung                                    • Energieversorgungsanlagen
                                maschinen, die Errichtung von hochwerti-                   Berufschancen im E-Handwerk. Unsere
                                                                                                                                                 und Integration gebäudetechnischer Systeme                                 • Empfangs- und Breitbandkommunikationsanlagen
                                gen technischen Bürosystemen oder                          Ausbildungsberufswelt 4.0 macht es
                                die Wartung von com­putergesteuerten                       möglich. Mit dem/der Elektroniker*in für
                                High-Tech-Anlagen. Im E-Handwerk mit sei-                  Gebäudesystemintegration gibt es dann
                                nen fünf technischen Ausbildungsberufen                    auch einen komplett „digitalen“ Beruf.
                                ist für jeden das R
                                                  ­ ichtige dabei.
                                                                                           Unabhängig davon, welchen der abwechs-                                                Die Kreativen sind technisch                                          Die Netzwerker sorgen für
                                                                                                                                                                                 begabt und machen Karriere                                            beste Kommunikation –
                                An der Schnittstelle zum Kunden setzt                      lungsreichen Ausbildungsberufe du im E-
                                                                                                                                                                                 mit Kreativität.                                                      nicht nur im Office.
                                du als E-Handwerker/-in die Energie-                       Handwerk wählst: Die beruflichen Zukunfts-
                                effizienz und den Klimaschutz praktisch                    chancen sind gerade in einer zunehmend
                                                                                                                                               Elektroniker/-in Fachrichtung                                                Informationselektroniker/-in
                                um. Du kreierst Smart Homes, in denen                      digitalisierten und vernetzten Welt glänzend
                                                                                                                                               Automatisierungs- und Systemtechnik
                                sich die Heizung, die Alarmanlage oder                     – denn ohne Strom läuft fast nichts!                                                                                             Ausbildungsinhalte:
                                                                                                                                               Ausbildungsinhalte:                                                          •	Analysieren, Installieren, Instandhalten und Optimie-
                                                                                                                                               • Analysieren, Installieren, Verdrahten und Anschließen                         ren von Systemen der Informations- und Kommuni-
                                                                                                                                                 von maschinen- und antriebstechnischen Systemen                               kationstechnik
                                                                                                                                               • Integration von Maschinen und Anlagen in IT-Systeme                        • Hard- und Software kundenspezifisch anpassen
                                Auf einen Blick                                                                                                • Bedienoberflächen und Softwarelösungen konzipieren

                                Wer bildet dich aus?
                                Handwerksbetriebe in der Elektrotechnik,
                                Informationstechnik und im Elektromaschinenbau

                                Welche Vorteile hat eine Ausbildung in den
                                E-Handwerken?
                                Im E-Handwerk bist du als Mensch gefragt und von
                                Anfang an dabei: Von der Planung über die Material-                                                                                              Die Antreiber planen gerne
                                disposition und die Installation bis zur Fertigstellung.                                                                                         — und zwar alles, was
                                                                                                                                                                                 in Bewegung ist.
                                Mit welchen Kunden hast du es zu tun?
                                Das ist von Betrieb zu Betrieb unterschiedlich. Privatkunden stehen oft im Mittelpunkt.
                                Du kannst aber beispielsweise auch in der Werkstatt des Ausbildungsbetriebs, bei gewerblichen Kunden
                                                                                                                                               Elektroniker/-in für Maschinen und
                                oder bei öffentlichen Auftraggebern zum Einsatz kommen.
                                                                                                                                               Antriebstechnik*
                                                                                                                                                                                                                            Weitere Informationen zu unseren
                                Welche Aufgabenfelder erwarten dich dort?
                                                                                                                                               Ausbildungsinhalte:                                                          spannenden Ausbildungsberufen
                                Neuinstallationen, Renovierungsarbeiten, Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten, Kunden­service u. a.
                                                                                                                                               • Antriebssysteme und elektrische Maschinen sowie                            findest du hier:
                                                                                                                                                 deren Fernüberwachung und Wartung Steuerungs-
                                Mit welchen Themenfeldern hast du es zu tun?
                                                                                                                                                 und Regelungstechnik                                                       www.e-zubis.de
                                Gebäudetechnik und Digitalisierung (z. B. Smart Home), Beleuchtungsanlagen (z. B. LED),
                                                                                                                                               • Programmierung von Steuerungen                                             www.e-handwerk.org
                                Kommunikations­technik / Computer-Netzwerke (z. B. W-LAN), Steuerungen (z. B. KNX-Bussysteme),
                                                                                                                                               • Reparieren und Wickeln von E-Motoren                                       www.fv-eit-bw.de
                                Energieeffizienz (z. B. Wärmepumpen), Erneuerbare Energien (z. B. Solar­module),
                                Elektromobilität (z. B. Ladeinfrastruktur) u. v. m.
                                                                                                                                          *Elektroniker/ in für Maschinen und Antriebstechnik nach Handwerksordnung (HwO)

                           14                                                                                                                                                                                                                                                          15
Elektrotechnik in praktischen Übungen Kopiervorlagen Physik und Technik Klassen 7 9 - MINT Zirkel
Ausbildung im E-Handwerk

                           RICHTIG KARRIERE MACHEN!
                           Stell die Weichen für deine Zukunft. Eine Ausbildung im E-Handwerk ist der
                           Beginn einer Laufbahn mit unbegrenzten Möglichkeiten. Finde deinen Weg.

                                                                                                                                                                                                             Wer wir sind und was wir möchten
                                        1                                     2                                   3                                   4                                     5
                                                                                                                                                                                                             Der Fachverband Elektro- und Informationstechnik Baden-Württemberg ist die Dachor-
                             Die Innovativen                     Die Power-Worker                         Die Kreativen                      Die Netzwerker                         Die Antreiber            ganisation der 37 Elektro- bzw. Informationstechniker-Innungen im Land und vertritt als
                               Elektroniker/-in für                    Elektroniker/-in                     Elektroniker/-in                      Informations-                     Elektroniker/-in für     Arbeitgeber- und Wirtschaftsverband die Interessen von rund 7.500 Handwerksunter-
                                Gebäudesystem-                            Fachrichtung                       Fachrichtung                        elektroniker/-in                       Maschinen            nehmen der Elektrotechnik, der Informationstechnik und des Elektromaschinenbaus. Die
                                    integration                           Energie- und                  Automatisierungs- und                                                      und Antriebstechnik       knapp 60.000 Beschäftigten der Branche erwirtschaften einen jährlichen Umsatz von
                                                                       Gebäudetechnik                       Systemtechnik
                                                                                                                                                                                                             rund 7 Milliarden Euro. Über 5.000 junge Menschen werden derzeit in unseren attraktiven,
                                                                                                                                                                                                             technischen Ausbildungsberufen ausgebildet.

                                                                                                                                                                                                             Zudem unterliegt alles was in den E-Handwerken hergestellt oder verbaut wird, einer
                                                                                                                                                                                                             Liefer-, Finanzierungs- und Abrechnungskette.
                                                                                                                                                                                                             Unsere Mitgliedsbetriebe bieten daher auch im kaufmännischen Bereich interessante
                                                                                                                                                                                                             Ausbildungsmöglichkeiten an.

                                                                                                                                                                                                             Wir möchten mit unserem Arbeitsheft für das spannende Themenfeld der Elektrizität be-
                                       Du absolvierst                                                  Du absolvierst                                             Du absolvierst                             geistern, auf komfortable Art praxisnahe Aufgaben für den Physik- und Technikunterricht
                                  eine Weiterbildung zum                                          eine Weiterbildung zum                                         ein Studium zum                             anbieten und auch einen Teil zur gelingenden Berufsorientierung an allgemeinbildenden
                               staatlich geprüften Techniker.                                             Meister.                                            Bachelor of Engineering.                       Schulen beitragen.
                               Mit diesem Abschluss kannst du entweder als                Hast du einen Gesellenbrief im passenden Fachbe-             Du kannst dich hier in verschiedenen Fachgebieten
                             Angestellter arbeiten oder einen eigenen Betrieb             reich, kannst du direkt nach Abschluss deiner Aus-           weiterqualifizieren und so zum gefragten Experten     Wir freuen uns, dass unsere Unterrichtsmaterialien schon seit 2017 (1. Auflage) bei
                                gründen. Auch qualifizierst du dich für den               bildung in die Meisterausbildung starten. Dauer: ca.                    werden. Dauer: 3,5 Jahre Vollzeit          Lehrer*innen und Schüler*innen gut ankommen. Gemeinsam mit den Betrieben und In-
                                     Ingenieur. Dauer: 2 Jahre Vollzeit                      1 Jahr Vollzeit bzw. 2,5 Jahre in Abendkursen
                                                                                                                                                        Als Bachelor of Engineering bist du in zahlreichen
                                                                                                                                                                                                             nungen des Elektro- und Informationstechnikerhandwerks stehen wir zu Fragen rund um
                              Als Techniker arbeitest unter anderem in der                 Als Meister bist du ein begehrter Spezialist im               Bereichen sehr gefragt, wie in der Elektro- und     die Berufsausbildung in den E-Handwerken jederzeit gerne zur Verfügung.
                             Elektro- und Informationstechnik, in der Auto-                E-Handwerk mit zahlreichen Karrierechancen.                    Informationstechnik, der Automobilindustrie
                                 mobilindustrie oder im Maschinenbau.                                                                                                 oder im Maschinenbau.                  März 2021

                                                                                                                                                                                                             Thomas Bürkle

                                                                                                                                                                                                             Präsident
                                                                                                                                                                                                             Fachverband Elektro- und Informationstechnik Baden-Württemberg
                                        Du machst eine                                              Du machst eine
                                      Weiterbildung zum                                           Weiterbildung zum                                                  Du absolvierst ein
                                    geprüften Betriebswirt                                    Fachplaner für Energie- und                                            Master-Studium.
                                            (HwO).                                                 Gebäudetechnik.
                               Als geprüfter Betriebswirt erlangst du durch den              Du bist mit dem Planungsingenieur auf einer                      Dein Meisterabschluss zählt als Abitur.
                              Titel mehr kaufmännische Kompetenz und Manage-                Ebene. Die Mischung aus Praxiserfahrung und                     Somit kannst du ein naturwissenschaftlich
                                 ment-Know-how und die gleiche Wertigkeit                       theoretischem Wissen ist sehr gefragt.                         oder kaufmännisch ausgerichtetes
                                          wie ein Hochschulstudium.                                      Dauer: 1 Jahr Vollzeit.                                       Studium einschlagen.

                                    DU BIST CHEF IN DEINEM                                                                                            DU BIST GEFRAGTER
                                    EIGENEN UNTERNEHMEN.                                                                                         EXPERTE IN FÜHRUNGSPOSITION.
                              Mit einem eigenen Unternehmen bist du dein eigener                                                                    Als kreativer Kopf mit Expertenwissen und mit
                             Chef und übenimmst fortan Führungsverantwortung.                                                                    deinen erworbenen Kompetenzen kannst du leitende
                                                                                                                                                                  Positionen einnehmen.
                                                                                                               YEAH!

                               16                                                                                                                                                                                                                                                                       17
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