von Elektronen und Magneten - Deutsches Museum

In der PhysikWerkstatt
von Elektronen und Magneten
Geriebener Bernstein zieht (ganz) leichte
Gegenstände an: das wussten die Griechen
bereits vor 2600 Jahren! Und: nach dem
griechischen Wort »elektron« für Bernstein
haben diese Kräfte ihren Namen.
Flaumfeder!
Los geht
es im
5. Raum
mit der
– 1 –
☞
Willst du wissen, was dahinter
steckt, wenn deine Haare beim
Kämmen knistern oder zu
Berge stehen? Warum die
Kompassnadel nach Norden
weist und elektrischer Strom
nicht nur Lampen leuchten
lässt? Dann geh einmal auf
Forschungsreise in unsere
Physikausstellung!
Tipp zur Orientierung:
die ÜBERSCHRIFTEN von
Räumen, einzelnen Ecken und
Versuchen sind hervorgehoben.
Manchmal sind sie ganz schön hoch
angebracht, also: Kopf hoch beim
Suchen!
REIBUNGSELEKTRISIERMASCHINE MIT GLASKUGEL, MITTE DES 18. JH.
So funktioniert sie: Die Kugel wird gedreht und reibt an einem trockenen
.............................. Durch die Reibung wird die Kugel .............................. aufgeladen.
– 2 –
REIBUNGSELEKTRISIERMASCHINE
Otto von Guericke hat im 17. Jahrhundert die Urgroßmutter
aller Reibungselektrisiermaschinen gebaut.
Woraus bestand deren Kugel? ..................................................
Warum schwebt die Flaumfeder kurz in der Luft?
....................................................................................................
– 3 –
Welches Teil dreht sich hier?
..............................................
☞
Das steckt dahinter:
gleiche Ladungen stoßen
sich ab, ungleiche
Ladungen ziehen sich
an.
INFLUENZMASCHINE VON GEORG SIMON OHM, 1840
☞
Worin konnten die
elektrischen Ladungen
gesammelt und
gespeichert werden? ..........................................................

– 4 –
Der Bandgenerator erzeugt elektrische Ladungen, die über zwei Metallstangen auf viele
kleine „Anzeiger“ geleitet werden. Schreibe auf, was du bei zwei von ihnen beobachtest.
........................................................................................................................................
Am Schluss (Geduld!) entlädt sich an zwei Kugeln die gesamte Spannung in einem ....................
– 5 – Die Influenzmaschine verstärkt beim Drehen kleine Spannungen
auf den Platten A und B. Kleine Anfangsladungen
sind fast immer zufällig dort – oder werden durch Reibung
erzeugt. Woran reiben die gebogenen Platten? Dreh die Kurbel
und schau!
..........................................................
MAGNETISMUS
– 6 –
Schon die „alten“ Griechen
wussten: Magnetsteine ziehen
................................................. an
und sie ziehen
................................................. an
– 8 –
– 9 –
ELEKTRISCHE SPANNUNG
INFLUENZMASCHINEN
Das magnetische Feld I: Was geschieht, wenn du den Stab langsam hin und her bewegst?
Die Magnetnadeln .............................................................................................................................
Das magnetische Feld II:
Schau genau hin und zeichne die Magnetfelder ein!
– 7 –
An zwei Stabmagneten ist jeweils der
Nordpol rot, der Südpol blau markiert. Drehe den freien
Stabmagneten und versuche, die beiden Südpole
zueinander zu bringen. Schaffst du es?
.....................
Kann gar nicht gehen: gleichnamige Pole
stoßen sich ab!
links mitte rechts
A
Das steckt dahinter:
Teile werden aufgeladen,
gleiche Ladungen stoßen
sich ab.
B
Und das ist der Grund:
Der Stab hat ein unsichtbares
Magnetfeld, die
Nadeln orientieren sich
an den Magnetfeldlinien.

– 10 –
Vorsicht: Starkes Magnetfeld
Zwei Hufeisenmagnete zeigen starke Magnetische Abstoßungskräfte
– bringst du sie trotzdem zusammen?
MAGNETFELD ELEKTRISCHER STRÖME (Letzte Vitrine links vor Fenster)
– 11 –
Versuch von Oersted: Eine große Magnetnadel (fast schon eine viereckige Platte) hängt
hinter einem Stromleiter. Du kannst den Strom in verschiedene Richtungen durch den Leiter
– 12 –
– 13 –
fließen lassen.
Was macht die Nadel? ......................................................................
Elektromagnete
Teste ob du es schaffst, den Stab durch die beiden Magnetblöcke zu führen, ohne sie zu berühren!
Die Anziehungskraft eines Elektromagneten ist umso ........................., je ............................. die
Stromstärke ist und je ............................. Windungen die Spule hat.
ELEKTROMAGNETISCHE INDUKTION
Das allgemeine Induktionsgesetz
bedeutet: ein veränderliches Magnetfeld bewirkt
eine elektrische Spannung, die in einem
geschlossenen Stromkreis Strom fließen lässt.
Entweder ändert sich
die Stärke des
Magnetfeldes,
oder es sich.
....................
Vorsicht, starkes Magnetfeld:
Uhren & Handys in den Kasten legen!
Die Zeichnung
oben in der
Vitrine hilft dir!
– 14 –
Zwei Portraits: James Clark
Maxwell und Michael Faraday blicken
dich an. Wer von ihnen entdeckte 1831
die elektromagnetische Induktion?
...........................................................
– 15 –
2. Versuch von links!!
Elektromagnetische Induktion
Dreh die Kurbel: die Kupferspule wird durch ein Magnetfeld bewegt.
Was geschieht? ...............................................................................
...............
Grund: Der elektrische Strom erzeugt
ein Magnetfeld um den Leiter. Mit der
Stromrichtung ändert sich auch die
Richtung des Magnetfeldes, Nord- und
Südpol tauschen sich aus.
– 16 –
Magnetelektrischer Stromerzeuger
Dreh die Kurbel: eine Drahtspule bewegt sich zwischen den Polen eines Hufeisenmagnets.
Sie erzeugt eine Spannung, die auf die beiden Metallringe links übertragen und über
.................................................... erzeugt wird.
Das steckt dahinter: Bewegt man einen Leiter durch
ein Magnetfeld, so wird ein Stromfluss verursacht.
Darum geht’s: Mechanische Energie
(kurbeln) wird in elektrische Energie
umgewandelt.

ELEKTRISCHE ENERGIE GALVANISCHE ELEMENTE
– 17 – – 18 –
Elektrische Energie
und mechanische Arbeit
Elektrischer Strom treibt einen
Motor an, der eine Säge in
Bewegung setzt; die verrichtet
mechanische Arbeit.
Vergleiche mit Nummer 16!
.....................................................
Die Voltasäule ist nichts für
die Taschenlampe, aber doch eine Art
Batterie: In ihr wechseln Plättchen aus
Zink und ........................................ mit
säuregetränktem Filz ab. Durch eine
chemische Reaktion entsteht Strom.
Ähnlich funktioniert die
Tassenkrone. Woher kommt
ihr Name? Zeichne sie auf!
OHMSCHES GESETZ
– 19 –
Das Ohmsche Gesetz – Georg Simon Ohm, 1826
Das Ohmsche Gesetz gibt den Zusammenhang zwischen Stromstärke, Widerstand und
Spannungsgefälle am Widerstand an. Wenn man elektrischen Strom mit einem Wasserstrom
vergleichen würde, könnte man sagen:
Elektrische Stromstärke = ......................................................... die in 1 Sekunde durch eine ............................................
Ohmscher Widerstand = ......................................................... den das Wasser an den ........................................ erfährt
elektrisches Spannungsgefälle = Unterschied des ........................ am Anfang und am ........................................................
– 20 –
Abhängigkeit der
Stromstärke von der
Spannung
Schau genau hin und lege
den Hebel so, dass erst die
Spannung von einem galvanischen
Element, dann
von zweien, dann von dreien
durch den Draht fließt.
Was kannst du erkennen:
Die Stromstärke .................
mit der Spannung.
Zeichnung
Tassenkrone
Von ................................................................................ kommt der Name
Luigi Galvani
– 21 –
Widerstand
von Drähten mit
verschiedener Länge
Spannung wird an zwei
Drähte gelegt; sie sind
gleich dick und aus gleichem
Material. Doch der
linke Draht ist doppelt so
lang wie der rechte. Schau:
Der kurze Draht verursacht
................ Widerstand als
der lange.
– 23 –
Lichtvorhang
Teste die Lichtschranke! Versuche nach der Münze zu greifen. Was passiert?
..................................................................................... Wie funktioniert das?
Wenn die Hand den Lichtvorhang durchbricht, schattet sie den Lichtstrahl ab.
Der Photostrom setzt aus; das startet einen Mechanismus, der die Münze
Geschafft? Geschafft!
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Alessandro Volta
– 22 –
2 Widerstand von
Drähten mit verschiedenen
Querschnitten
Der Draht links hat den doppelten
Durchmesser und damit die
vierfache Querschnittsfläche wie
der Draht rechts.
Durch welchen Draht fließt
mehr Strom? ..............................
Das heißt: Der Widerstand eines
Drahtes nimmt mit wachsender
Querschnittsfläche ab. Überrascht?!
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Text: Irina Fritz, Gertraud Weber · Gestaltung: Christof Gießler