... erforsche: Baue dein Kurbelkraftwerk
Vieles in unserem Alltag funktioniert mit elektrischer Energie. Stell dir vor, wie unsere Vorfahren ohne Strom lebten und für etwas so Selbstverständliches, wie das Licht anmachen, erst ein Feuer entfachen mussten. Elektrischer Strom ist darum so wichtig, weil er mit verschiedenen Energieträgern z.B. mit erneuerbaren wie Wasser, Sonne und Wind erzeugt, einfach transportiert und sofort genutzt werden kann.
Um aus Wasser elektrischen Strom zu machen, wird die Bewegungsenergie eines Wasserrades in einem Generator in elektrischen Strom gewandelt. Anstelle von Wasser kann auch Gas, Atom erzeugter Wasserdampf oder Wind den Generator antreiben. Du kannst auch mit deiner eigenen Bewegungsenergie Strom erzeugen.
Dazu baust du ein Kraftwerk, mit dem du durch Kurbeln Strom gewinnst.
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Baue dein Kurbelkraftwerk
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Material explore-it
1) 1 Rasterpapier
2) 1 Streifen Doppelklebeband
3) 2 Getriebeplatten
4) 1 Holzspiesschen
5) 2 Stecknadeln
6) 1 kleines rotes Zahnrad
7) 1 Elektromotor mit blauen und roten Litzen
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Zusätzlich brauchst du
1 Klebeband
1 Bleistift
1 Schere
1 Cutter oder ein scharfes Rüstmesser mit glatter Klinge
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Material teilen
Halbiere folgende Materialien:
Silikonschlauch
Hartschaumstab
brauner, dünner Trinkhalm
So erhält jede Person:
ca. 47 cm Silikonschlauch
ca. 15 cm Hartschaumstab
ca. 10 cm Trinkhalm
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Schneide vom Hartschaumstab 1 Stück von 2.5 cm Länge ab.
Halte dabei das Messer möglichst senkrecht.
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Mache ein durchgehendes Loch in das Hartschaumstück.
Stecke dazu ein Holzspiesschen von beiden Seiten in die Stirnseiten bis in die Mitte.
Stecke danach das Holzspiesschen ganz durch den Hartschaum und bewege es kräftig hin und her.
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Stosse die rote und die blaue Litze des Motors durch das Loch.
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Schneide mit dem Messer zwei Stücke Silikonschlauch von 3 cm Länge ab.
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1) Entferne die Isolation am Ende der roten Litze.
2) Halte die Drähtchen mit Daumen und Zeigefinger fest.
3) Drehe mit der anderen Hand die Litze, bis die Drähte gut verdreht sind.
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4) Biege das verdrehte Ende um.
5) Stecke die rote Isolation bis zur Mitte in das Silikonstück.
6) Stecke die Nadel von hinten ganz in den Silikonschlauch.
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7) Schiebe den Nadelkopf mit dem flachen Ende eines Rundstabes ca. 3 mm weit in den Schlauch.
Führe die Schritte 1) bis 7) auch mit der blauen Litze aus.
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So sehen die fertigen Stromanschlüsse aus.
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Stecke das kleine rote Zahnrad auf die Achse des Motors.
Achtung: Das Zahnrad muss einen kleinen Abstand zum Gehäuse haben. Es muss sich leicht drehen lassen.
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Experiment: Elektromotor als Generator
Arbeitet zu zweit:
Verbindet eure beiden Elektromotoren.
Klebt ein Stück Doppelklebeband auf eines der Zahnräder.
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Was beobachtest du, wenn du am Zahnrad ohne Zeiger drehst?
Was beobachtest du, wenn du langsamer oder schneller drehst?
Wie verhält sich der Zeiger, wenn du die Drehrichtung am Antriebsrad änderst?
Was musst du machen, damit der Zeiger möglichst schnell dreht?
Kannst du jemandem erklären, weshalb sich der Zeiger dreht?
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Experiment: LED (Licht emittierende Diode)
Löse die beiden Elektromotoren/Generatoren wieder voneinander.
Steck eines der feinen Beine in je einen Stomanschluss.
Wie schnell und in welche Drehrichtung musst du den Generator zwischen den Fingern drehen, damit die LED leuchtet?
Was passiert, wenn du den Minus- und den Pluspol der LED an den Stromanschlüssen wechselst?
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Bau des Motorblocks
Schneide 2 Stücke Doppelklebeband ab, die so lange sind wie die Getriebeplatte.
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Zeichne bei beiden Klebebandstücken einen kleinen Kreis in die Mitte auf die kleinere Folie.
Halbiere beide Klebebandstücke der Länge nach.
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Klebe die Klebebandstücke so auf die Getriebeplatte, dass die zwei sternförmigen Löcher frei bleiben und die Halbkreise nach innen zeigen.
Schneide das überstehende Klebeband mit dem Messer weg.
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Entferne die Schutzschicht bei einer Getriebeplatte.
Klebe den Motor in die Mitte auf die Getriebeplatte.
Achtung: Die Erhöhung am Motorboden passt genau in das grosse Loch in der Getriebeplatte.
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Stosse das Hartschaumstück an den Motor und klebe es möglichst genau auf die Getriebeplatte.
Achte darauf, dass es genau auf die Getriebeplatte passt.
Drücke es fest auf die Getriebeplatte.
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Schneide vom Hartschaumstab 1 Stück von 2.5 cm Länge ab.
Klebe es neben den Motor, bündig auf die Getriebeplatte.
Drücke es fest auf die Getriebeplatte.
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Klebe die zweite Getriebeplatte auf den Hartschaum.
Der Ring um die Motorenachse passt genau in das grosse Loch.
Drücke die Getriebeplatte fest auf die Hartschaumstücke.
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Material explore-it
1) 1 Rasterblatt
2) 1 Holzspiesschen
3) 1 Trinkhalm
4) 1 Getriebeplatte
5) 1 rotes Doppelzahnrad und 2 blaue Doppelzahnräder
6) 1 Metallstift kurz und 1 Metallstift lang
7) 6 Unterlagsscheiben: 4 kleine, 1 mittlere und 1 grosse
8) 4 Bügelperlen
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Bau des Getriebes
Stecke je eine Bügelperle auf den kurzen und den langen Metallstift.
Drücke mit der geschlossenen Schere die Metallstifte bündig in die Bügelperlen.
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Lege den Motorblock so hin, dass die Kabel nach links schauen.
Bohre das Holzspiesschen durch den Hartschaum bei den zwei grün markierten Löchern.
Wiederhole das von beiden Seiten, bis du durch die Löcher hindurchschauen kannst!
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Stecke den langen Metallstift von unten ins vorderste Loch.
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Stecke den kurzen Metallstift von unten ins andere Loch.
Achte darauf, dass beide Metallstifte bis zu den Bügelperlen eingesteckt sind.
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Experiment: Getriebe
Stecke ein blaues Zahnrad auf den kurzen Metallstift.
Beobachte die Veränderung der Drehbewegung, wenn du das blaue Zahnrad drehst.
Was musst du unternehmen, damit das rote Zahnrad möglichst schnell dreht?
Kannst du die Veränderung berechnen?
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Stecke das zweite blaue Zahnrad auf den langen Metallstift.
Beobachte die Veränderung der Drehbewegung, wenn du das blaue Zahnrad drehst.
Was musst du unternehmen, damit das rote Zahnrad möglichst schnell dreht?
Kannst du die Veränderung berechnen?
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Bau der Kurbel
Markiere drei Stücke von 1.5 cm Breite auf dem Doppelklebeband.
Schneide diese 3 Stücke ab.
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Klebe ein Doppelklebebandstück auf die Mitte der grossen Unterlagsscheibe.
Schneide das Überstehende ab.
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Entferne die Schutzschicht.
Lege die Unterlagsscheibe mit dem Klebeband nach unten auf das kleine Zahnrad des blauen Doppelzahnrades.
Drücke die Unterlagsscheibe fest nach unten, sodass das kleine Zahnrad das Klebeband ausstanzt.
Die Unterlagsscheibe klebt nun auf dem blauen Zahnrad.
Entferne den ausgestanzten Klebeband-Stern.
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Klebe ein Doppelklebebandstück auf die sternförmige Öffnung der Getriebeplatte.
Schneide das Überstehende weg.
Entferne die Schutzschicht.
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Stecke das kleine blaue Zahnrad in die Öffnung mit den Zacken.
Hinweis: Du musst mit Geduld probieren, bis es plötzlich klappt.
Entferne den ausgestanzten Klebeband-Stern auf dem kleinen Zahnrad.
Drücke die Teile fest zusammen.
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Klebe ein Doppelklebebandstück auf die freie, sternförmige Öffnung der Getriebeplatte.
Achtung: Klebe es auf die andere Seite als das blaue Zahnrad.
Schneide das Überstehende weg.
Entferne die Schutzschicht.
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Stosse das kleine rote Zahnrad durch die Folie auf der Getriebeplatte.
Hinweis: Dies braucht etwas Geduld.
Entferne den ausgestanzten Folien-Stern auf dem kleinen Zahnrad.
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Schneide ein Stück Trinkhalm von 2 cm ab.
Schneide es der Länge nach auf.
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Presse des so zusammen, dass die eine Wand unter die andere zu liegen kommt.
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Schneide beim flachen Ende eines Holzspiesschens 3.5 cm ab.
Stecke am Ende eine Bügelperle darauf.
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Zusammen mit dem Trinkhalmstück steckst du das Holzspiesschen ins rote Zahnrad.
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Klebe ein ca. 2 cm langes Stück Klebeband um das Trinkhalmstück.
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Zeichne einen Pfeil auf die Getriebeplatte.
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Stecke zwei kleine Unterlagsscheiben auf den kurzen Metallstab.
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Stecke ein blaues Zahnrad auf den kurzen Metallstift.
Stecke zuerst eine kleine und dann eine mittlere Unterlagsscheibe auf den langen Metallstab.
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Stecke die Kurbel auf den langen Metallstab.
Stecke eine kleine Unterlagsscheibe auf den langen Metallstift.
Drücke eine Bügelperle bündig auf den Metallstift.
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Überprüfe, ob die Bügelperlen auf der Unterseite ganz an der Getriebeplatte anliegen.
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Nun ist dein Kurbelkraftwerk betriebsbereit!
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Experiment: Motor zum Drehen bringen
Schliesse das Kraftwerk einer anderen Person an dein Kraftwerk an und kurble.
Was geschieht?
Kannst du einen Break-Dance aufführen?
... erforsche: Baue dein Strommessgerät
Dein Kurbelkraftwerk kann durch Drehen des Generators einen Elektromotor bewegen. Der gleiche Elektromotor wird zum Generator, wenn du an seiner Achse drehst. Ein Elektromotor kann also auch ein Generator sein und umgekehrt. Sicher hast du bemerkt, dass der Elektromotor, je nachdem in welche Richtung du kurbelst, die Drehrichtung ändert. Auch das Tempo, mit dem du drehst, hat einen Einfluss auf den Elektromotor. Wenn du schneller drehst, dreht der Elektromotor auch schneller. Der Generator deines Kurbelkraftwerks gibt also mehr Leistung ab. Bei hohen Geschwindigkeiten wird es schwierig, Unterschiede bei der Drehgeschwindigkeit zu erkennen.
Um die Leistung des Kurbelkraftwerks sichtbar zu machen, konstruieren wir ein Strommessgerät
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Baue dein Strommessgerät
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Material
1) 1 Rasterpapier
2) 1 Papierstreifen (rot, grün, gelb oder blau)
3) 1 Streifen Doppelklebeband
4) 1 Stück Silikonschlauch
5) 1 Holzspiesschen
6) 1 Elektromotor mit blauen und roten Litzen
7) 1 Stufenzahnrad grün
8) 1 Stufenzahnrad rot
9) 2 Stecknadeln
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Zusätzlich brauchst du
1 Klebeband
1 Bleistift
1 schwarzer Filzstift
1 Schere
1 Cutter oder ein scharfes Rüstmesser mit glatter Klinge
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Stelle die Motoranschlüsse her
Stelle am Motor die Stromanschlüsse her.
Mach das genau gleich wie beim Kurbelkraftwerk (siehe Bild 8 bis 11)
Benutze zwei 3 cm lange Silikonsschlauchstücke
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Baue das Rotationsobjekt
Kürze das Holzspiesschen auf 16 cm Länge.
Achtung: Kürze die stumpfe Seite. Die Spitze bleibt erhalten!
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Lege das stumpfe Ende bündig zur 0 - Linie auf das Rasterblatt.
Mache kräftige Markierungen rund um das Holzspiesschen bei:
6 cm
7 cm
8 cm
9 cm
10 cm
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Falte den Papierstreifen in der Mitte.
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Lege den Falz bündig auf das Rasterblatt und mach in der Mitte zwei Markierungen, die 6 mm auseinanderliegen.
Schneide ein Dreieck aus dem Falz, das etwa 6 mm breit und 1 cm lang ist.
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Lege das rote Zahnrad auf den Tisch:
Das kleine Zahnrad ist unten.
Klebe ein ca. 8 cm langes Klebeband auf die Mitte das Zahnrades.
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Drehe das Zahnrad um und lege es auf den Tisch.
Lege ein Ende des Papierstreifen an das Zahnrad.
Klebe es bündig zum Klebeband fest.
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Lege das andere Ende des Papierstreifens auf der anderen Seite an das Zahnrad.
Klebe es bündig zum Klebeband fest..
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Durchstich mit der Nadel das Klebeband beim Loch in der Mitte.
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Schneide ein 2.5 cm breites Stück Doppelklebeband ab.
Klebe es auf das grüne Zahnrad.
Schneide das überstehende Klebeband weg und entferne die Schutzschicht.
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Stecke das Holzspiesschen mit der Spitze voran in das rote Zahnrad, sodass die Spitze unten wenig hervorsteht.
Stecke die vorstehende Spitze ins grüne Zahnrad.
Drücke das rote Zahnrad auf das grüne, sodass es festklebt.
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Entferne das Holzspiesschen, drehe es um.
Führe die Spitze von unten durch die Öffnung im Papierstreifen.
Stecke das stumpfe Ende ins rote Zahnrad.
65
Stecke das grüne Zahnrad auf den Motor.
Nun ist dein Messgerät betriebsbereit!
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Experiment: Drehfigur
Beobachte, wie sich das Messgerät verhält, wenn du es mit Strom aus dem Kurbelkraftwerk antreibst.
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Experiment: Stromfluss halten
Versuche mit gleichmässigem Drehen das Messgerät bei einer der Markierungen zu halten.