Informationsblatt 23: Elektrizität

Publikation:	26.3.2009
Herkunft:	La main à la pâte, Paris

Aus den Lehrplänen

Erschwernisse durch den gängigen Sprachgebrauch

Bei "Strom" denkt man zunächst an Wasser. Das gleiche mag für "Leitung" der Fall sein: die Wasserleitung, oder ein "Leiter", also eine Person, die leitet. Man sollte die Bezeichnung "Anschluss" anstelle von "Pol" verwenden, weil Pol auch für die Pole der Erde und die Magnetpole verwendet wird.

Erschwernisse aufgrund von vorgefassten Meinungen der Schüler

Wenn man mit Elektrizität zu tun hat, denkt man an Gefahr. In der Schule kann man an diesen Gedanken anknüpfen, um in Bezug auf die Gefahren auf ein ver­nünftiges Verhalten hinzuwirken.

Die jüngsten Schüler wissen nicht immer, dass man für jede Wirkung eine Ener­giequelle (zum Beispiel eine Batterie) braucht. Von frühester Jugend an sind sie gewohnt, einen "Knopf" zu drücken (Schalter), um Licht zu machen oder ein Spielzeug in Gang zu setzen. Sie stellen sich vor, der Grund für die erreichte Wirkung liege im Schalter. Bei den Geräten im Haushalt liegen meist zwei lei­tende Drähte in einem Kabel. Die Schüler sehen aber nur "ein" Kabel und haben daher den Eindruck, der Strom werde von der Steckdose zum Gerät durch einen einzigen Draht transportiert und vom Gerät absorbiert. Eine Vorstellung von Rückleitung oder Stromkreis fehlt.

Wenn die Klasse sich praktisch mit dem Begriff des Stromkreises vertraut macht, verbindet sich der Begriff oft mit der Vorstellung, dass jeder Anschluss der Batterie "etwas" in die Glühbirne schicke und bei der Begegnung entstünde dann das Licht; oder auch, dass der Strom sich "abnutzt", wenn er im Strom­kreis zirkuliert (statt zu denken, dass der gleiche Strom in einer Reihenschal­tung von einem Batterieanschluss zum anderen fließt). Die Eigenschaft "ein Leiter zu sein" verbinden die Schüler oft mit dem Gegenstand und nicht mit dem Material aus dem er besteht.

Ein paar Klippen an denen Beobachtung und Experiment scheitern könnten

Vorsicht:
Die Schüler müssen darauf aufmerksam gemacht werden, dass sie die Experi­mente, die in der Schule mit Batterien gemacht wurden, nicht zu Hause an der Steckdose wiederholen dürfen.

Die Experimente müssen unbedingt mit guten elektrischen Kontakten aufge­baut werden; es empfiehlt sich insbesondere, für die Glühbirnen Fassungen zu verwenden.

In der Grundschule sind die Begriffe Isolator und Leiter rein praktische, mit den verwendeten Vorrichtungen verbundene Begriffe: Bei einem wenig empfindli­chen Anzeigegerät (Lampe) wird Leitungswasser zu den Isolatoren gerechnet, während die Metalle als Leiter zählen. Bei Verwendung einer empfindlicheren Anzeige (Leuchtdiode) wird Leitungswasser dagegen zum Leiter.

Vorsicht: Es gibt Kunststoffe, die leiten.

Der Umgang mit Batterien stellt keine Gefahr dar, außer bei einem länger an­dauernden Kurzschluss (wenn die Anschlüsse der Batterie durch einen "idealen" Leiter verbunden werden), was zu großer Wärmeentwicklung und zur Zerstö­rung der Batterien führen kann, so dass in ihnen enthaltende ätzende Flüssig­keit austritt. Kurzschlüsse entstehen unter folgenden drei Umständen, auf die der Lehrer achtgeben sollte:

Wenn die Schüler herumprobieren: Der Lehrer muss sie warnen, dass sie, wenn die Batterien oder Drähte heiß werden, sofort abschalten oder ihm Bescheid sagen.

Wenn die Batterien weggeräumt werden: Sie nicht einfach irgendwie hinle­gen, sondern schön nebeneinander hinstellen; vorzugsweise in Schachteln aus Karton oder Holz und nicht aus Metall.

Beim Transport: Oft werden die Eltern für die Unterrichtsstunden zur Elektri­zität um eine Batterie gebeten. Auf dem Schulweg kann in Rucksack oder Ta­sche ein Kurzschluss entstehen (wenn da auch noch ein Zirkel transportiert wird oder ein Reißverschluss...). Zur Vermeidung dieses Risikos sollte die Bat­terie in eine Plastiktüte gesteckt werden.

Kenntnisse

Eine Batterie kann Elektrizität (einen elektrischen Strom) in einer zusammen­hängenden, aus der Batterie selbst und leitenden Gegenständen gebildeten Kette fließen lassen; dabei wird der eine Anschluss der Batterie mit dem ande­ren verbunden (geschlossener Stromkreis). Sobald die Kette unterbrochen wird, fließt die Elektrizität (der elektrische Strom) nicht mehr, auch nicht in der Batterie. Wenn man dagegen seine Finger in eine Steckdose steckt, wird "der Stromkreis geschlossen" und damit bringt man sich in große Gefahr.

In der Grundschule dient eine im Stromkreis in Serie geschaltete Glühbirne als Anzeige für den fließenden Strom. Mit diesem "Anzeigegerät" werden die Materialien in Leiter und Isolatoren (Nichtleiter) eingeteilt.

Der Aufbau einer Reihen- oder Parallelschaltung wird nicht theoretisch behandelt. Aber man kann den Weg, den die Elektrizität (der Strom) nimmt, zeichnen lassen und feststellen, dass eine Reihenschaltung aus einer einzigen Schleife besteht und Parallelschaltungen aus so vielen Schleifen, wie es parallel geschaltete Stromverbraucher gibt.

Eine elektrische Batterie hat zwei Anschlüsse, die mit + und − bezeichnet werden.

Der Durchgang von Elektrizität durch den menschlichen Körper stellt eine Gefahr dar, die tödlich sein kann.

Mehr zum Thema

Gefahrlose Höchstspannung: In feuchter Umgebung ist es gefährlich, den menschlichen Körper einer Spannung von mehr als 24 Volt auszusetzen. Die Netzspannung (230 V) stellt also immer eine tödliche Gefahr dar: Wenn man mit den Füßen im Wasser steht, ist es äußerst gefährlich, ein elektrisches Gerät (zum Beispiel einen Föhn) zu benutzen.

Batterien liefern Gleichstrom, der im Stromkreis immer vom Anschluss + zum Anschluss − fließt (im Innern der Batterie ist es genau umgekehrt). Die Kraft­werke, die den Strom, der aus der Steckdose kommt, produzieren, und die Fahrraddynamos liefern Wechselstrom. In der Grundschule unterscheidet man die beiden Stromarten nur nach konkreten Auswirkungen: Wie herum muss man die Batterien in Anbetracht der nicht gleichen Anschlüsse in ein Gerät einset­zen? Hängt die Drehrichtung eines von Batterien angetriebenen Motors von der Stromrichtung ab?

In einer Parallelschaltung von Glühbirnen würde jede Glühbirne so leuchten, wie wenn sie allein angeschlossen wäre – falls die Batterie das wäre, was man eine ideale Spannungsquelle nennt. Dieses Verhalten wird jedoch wegen des Energieverlustes im Innern der Batterie [1] nur annähernd erreicht. Wenn man also mehrere Glühbirnen parallel schaltet, leuchtet jede etwas weniger, als wenn sie allein angeschlossen wäre. Beim Netz ist das anders, diese Span­nungs­quelle ist fast ideal: Die Glühbirne im Wohnzimmer leuchtet, als wäre nur sie angeschlossen, egal ob das Licht in den anderen Zimmern ein- oder ausge­schaltet ist. Eine Batterie ist auch deshalb nicht ideal, weil ihre Leistungs­fähigkeit (die Spannung an ihren Anschlüssen bei geöffnetem Stromkreis) im Lauf der Zeit abnimmt, auch wenn sie nicht belastet ist. Das liegt an einer langsamen Veränderung der in ihr enthaltenen Stoffe.

Eine Batterie verbraucht, wenn sie mit zwei parallel geschalteten Strom­kreisen mit je einer Glühbirne verbunden ist, mehr Energie (nutzt sich schneller ab), als wenn die beiden Glühbirnen in Reihe geschaltet wären.

Einsatz der Kenntnisse in anderen Zusammenhängen, verwandte Begriffe

• Informationsblatt 16: "Energie"

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Fußnoten

1: Man spricht vom "Innenwiderstand", der zur Folge hat, dass die Spannung an den Anschlüssen nicht immer die Leerlaufspannung (oder elektromotorische Kraft) ist, sondern vom Stromkreis, den die Batterie versorgt, abhängt.

Letzte Aktualisierung: 29.11.2023