HSAKA-M 2021

Grundkurs Elektronik
Hessische Schülerakademie der Mittelstufe 2021
Physikkurs – Vorbereitung

Ein paar Worte zur Einführung

In unserem kleinen Kurs über Elektronik geht es vor allem um Experimente. Trotzdem wollen wir zunächst einige Begriffe lernen und benötigen daher eine kurze Einführung in die Theorie, die wir aber kurz und recht oberflächlich halten.

Der Kurs dient als Vorbereitung auf den Physikkurs der Hessischen Schülerakademie der Mittelstufe 2021, die auf Burg Fürsteneck stattfindet.
Ganz herzlicher Dank geht an dieser Stelle an den Alumni- und Förderverein der Hessischen Schülerakademien e.V, der die Experimentiermaterialien für die Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Kurses finanziert hat.

Video 02: Ein wenig Theorie: Im Vergleich zu einem Wasserkreislauf lassen sich die zentralen Begriffe „Stromstärke“ und „Spannung“ anschaulich gut verstehen.

Video 03: Sicherheit: Neben der eigentlich selbstverständlichen Regel, die Finger von den Steckdosen zu lassen und nur Haushaltsbatterien zu verwenden, muss nur eine Vorsichtsmaßnahme bei unseren Experimenten getroffen werden: Wir vermeiden Kurzschlüsse. Was das ist und wie so ein Kurzschluss aussehen kann ist Thema des Videos.

Video 04: Der erste Stromkreis: Drei Batterien, drei Kabel und ein Lämpchen reichen bereits für einen ersten einfachen Stromkreis. Aber natürlich wollen wir diesen auch grafisch festhalten. Hierzu dienen Schaltzeichen, die ein schnelles Skizzieren einer elektrischen Schaltung ermöglichen.

Video 05: Das Breadboard: In den Experimenten werden wir unsere Schaltungen auf einem „Breadboard“ realisieren. Grund genug, sich dieses Bauteil einmal sehr genau anzusehen!

Video 06: Materialien: Hier gibt es einen kurzen Überblick über die im Paket enthaltenen Bauteile.

Video 07: Messen: Jetzt wollen wir das Messgerät ausprobieren und lernen, wie man Stromstärke und Spannung in einem Stromkreis mit dem Multimeter misst.

Im ersten Teil der Experimente stehen Reihenschaltungen von Verbrauchern im Zentrum unseres Interesses – wir wollen sehen, wie sich Strom und Spannung in einer solchen Schaltung verhält. Insbesondere wollen wir wissen, warum zwei hintereinander geschaltete Glühlampen dunkler leuchten als eine.

Video 08: Reihenschaltung 1: Bei einer Reihenschaltung geht der Strom erst durch eine erste und dann eine zweite Glühlampe. Aber warum leuchten bei gleicher Spannung die beiden Glühlampen jetzt schwächer?

Video 09: Reihenschaltung 2:Wir nehmen uns eine Reihenschaltung aus drei Lämpchen vor und überprüfen unsere Vermutungen: Die Stromstärke in einem solchen Stromkreis ist überall gleich, während sich die Spannung auf die einzelnen Verbraucher aufteilt.

Als kleine Verständnisfrage zwischendurch:
Es sind drei Verbraucher in Reihe geschaltet. Am ersten messen wir eine Spannung von 4 V, am zweiten 6 V und am dritten 5 V.
Wie groß ist die Spannung der verwendeten Batterie?

Im nächsten Block geht es um Parallelschaltungen von Verbrauchern. Damit haben wir schon einiges gelernt – werden aber gleich im Anschluss sehen, dass es noch mehr zu erforschen gibt.

Video 10: Parallelschaltung:: Bei einer Parallelschaltung werden die Verbraucher „parallel“ an die Spannungsquelle angeschlossen, so dass jeder Verbraucher die volle Spannung zur Verfügung hat.

Video 11: Zwischenstand: Wir können jetzt schon in einigen Stromkreisen Spannungen und Stromstärken ausrechnen. Aber reicht das schon, um auch mit komplizierten Lämpchen-Schaltungen zurechtzukommen? Leider nicht – und hierzu diskutieren wir ein Beispiel.

Die „Problemschaltung“ (Reihenschaltung aus einer Lampe und zwei parallel geschalteten Lampen) macht uns noch Schwierigkeiten. Diese klären sich auf, wenn wir den Begriff des elektrischen Widerstands kennengelernt und verstanden haben.

Video 12: Die Problemschaltung“: Wir messen Stromstärken und Spannungen in unserer „Problemschaltung, um die Daten im weiteren Verlauf zur Hand zu haben. Zur Sicherheit wird in diesem Video nochmal erläutert, wie wir die Messungen vornehmen.

Video 13: Elektrischer Widerstand: Der elektrische Widerstand eines Bauteils gibt an, wie gut eine Spannung die Ladungsträger durch das Bauteil „pumpen“ kann.

Video 14: Widerstände: In diesem Teil geht es um den Widerstand als Bauteil. Neben dem Lesen der Farbringe lernen wir auch gleich noch die Begriffe elektrische Leistung und elektrische Energie kennen.

Video 15: Experimente mit Widerständen: Einige Experimente mit Widerständen bringen uns dem Verständnis des Ohmschen Gesetzes und seinen Anwendungen näher. Insbesondere lernen wir, was ein Vorwiderstand ist.

Video 16: Experimente mit LEDs: Endlich ist es soweit: Wir können unsere LEDs mit passenden Vorwiderständen versehen und zum Leuchten bringen.

Damit ist der kleine Elektronikkurs zur Vorbereitung auf die Akademie auch schon abgeschlossen. Etwas mehr werden wir noch auf der Burg lernen. Zumindest aber haben wir ein gute Grundlage zur Erforschung regenerativer Energien erworben.