Unterrichtsplan | Traditionelle Methodologie | Elektrizität: Voltmeter und Amperemeter

Ziele

Dauer: (10 - 15 Minuten)

Ziel dieses Abschnitts ist es, einen klaren und objektiven Überblick darüber zu geben, was während des Unterrichts gelernt wird. Durch die Definition der Ziele werden die Schüler eine gezielte Vorstellung davon haben, was von ihnen erwartet wird, was einen größeren Fokus auf den zu erkundenden Inhalt ermöglicht. Dies erleichtert auch die Organisation der Erklärung und die Strukturierung des Unterrichts, um sicherzustellen, dass alle wichtigen Punkte angesprochen werden.

Hauptziele

1. Die wichtigsten elektrischen Messgeräte wie Amperemeter und Voltmeter erkennen.

2. Reale und ideale Geräte bei elektrischen Messungen unterscheiden.

3. Praktische Probleme bei der Messung von Voltmetern und Amperemetern lösen.

Einführung

Dauer: (10 - 15 Minuten)

Das Ziel dieses Abschnitts ist es, die Aufmerksamkeit der Schüler zu gewinnen und einen Kontext für die Bedeutung von Voltmetern und Amperemetern zu bieten. Durch die Kontextualisierung des Themas und die Präsentation von Kuriositäten kann der Lehrer die Schüler engagieren und das Lernen interessanter und relevanter für ihr Leben gestalten. Darüber hinaus bereitet diese Einführung den Boden für die nachfolgende detaillierte und technische Erklärung und erleichtert das Verständnis der Konzepte.

Kontext

Um den Unterricht über Elektrizität und elektrische Messgeräte zu beginnen, erklären Sie, dass Elektrizität eine der grundlegenden Kräfte ist, die die moderne Welt antreibt. Ohne Elektrizität hätten wir kein Licht, keine Computer, Smartphones oder sogar das Internet. Stellen Sie klar, dass Voltometer und Amperemeter grundlegende Instrumente sind, um elektrische Größen in Schaltkreisen zu messen, was das Verständnis und die Kontrolle des Stromflusses und der elektrischen Spannung ermöglicht. Diese Instrumente sind sowohl in der Industrie als auch im Alltag entscheidend und gewährleisten die sichere Funktion von elektrischen Geräten und Systemen.

Neugier

Wussten Sie, dass das erste Voltmeter 1765 von Johann Heinrich Lambert erfunden wurde? Ampère hingegen ist der Wissenschaftler, der der Einheit für elektrische Stromstärke den Namen gegeben hat: das Ampere. Darüber hinaus ist die präzise Messung von Strom und Spannung entscheidend für den Betrieb eines jeden elektronischen Geräts, von den kleinen Gadgets, die wir täglich verwenden, bis hin zu großen Stromerzeugern in Kraftwerken.

Entwicklung

Dauer: (40 - 50 Minuten)

Das Ziel dieses Abschnitts ist es, das Verständnis der Schüler über die Funktionsweise und die praktische Anwendung von Voltmetern und Amperemetern zu vertiefen. Durch die Behandlung spezifischer Themen und die Lösung praktischer Fragen können die Schüler das theoretische Wissen festigen und Fähigkeiten entwickeln, um diese Instrumente in verschiedenen Kontexten effektiv und präzise zu verwenden.

Abgedeckte Themen

1. Definition und Funktion von Voltmetern und Amperemetern 2. Erklären Sie, dass Voltometer Instrumente sind, die zur Messung der elektrischen Spannung (Voltagel) zwischen zwei Punkten eines Schaltkreises verwendet werden, während Amperemeter den elektrischen Strom messen, der durch einen Schaltkreis fließt. Heben Sie die Bedeutung dieser Geräte in verschiedenen Kontexten hervor, von Laboren bis hin zu industriellen Anwendungen. 3. Eigenschaften von idealen Voltmetern und Amperemetern 4. Erläutern Sie, dass ein ideales Voltmeter einen unendlichen Widerstand hat, was bedeutet, dass kein Strom durch es fließen kann, wodurch der gemessene Schaltkreis nicht verändert wird. Andererseits hat ein ideales Amperemeter einen null Widerstand, wodurch der gesamte Strom ohne Spannungsabfall im Schaltkreis fließen kann. 5. Eigenschaften von realen Voltmetern und Amperemetern 6. Erklären Sie, dass in der Praxis kein Voltmeter oder Amperemeter ideal ist. Reale Voltmetern haben einen sehr hohen, aber endlichen Widerstand, während reale Amperemeter einen sehr niedrigen, aber nicht null Widerstand haben. Diskutieren Sie die Auswirkungen dieser Eigenschaften auf die Messungen und die Genauigkeit der Ergebnisse. 7. Wie man Voltmetern und Amperemetern in Schaltkreisen anschließt 8. Beschreiben Sie den Anschluss eines Voltmeters parallel zu dem Bauteil, dessen Potential gemessen werden soll, und eines Amperemeters in Serie mit dem Schaltkreis zur Messung des Stroms. Verwenden Sie Diagramme, um diese Anschlüsse zu veranschaulichen, und betonen Sie die Bedeutung einer korrekten Verbindung, um Schäden an den Instrumenten und am Schaltkreis zu vermeiden. 9. Praktische Beispiele für Messungen 10. Präsentieren Sie praktische Beispiele für einfache Schaltkreise und erklären Sie, wie man Spannung und Strom mit den Instrumenten misst. Lösen Sie Probleme, indem Sie Schritt für Schritt vermittelnd zeigen, wie die Messungen durchgeführt und die Ergebnisse interpretiert werden.

Klassenzimmerfragen

1. 1. Gegeben ist ein Schaltkreis mit einem Widerstand von 100 Ω und einer Spannungsquelle von 10 V. Wie schließe ich ein Voltmeter an, um die Spannung über den Widerstand und ein Amperemeter, um den Strom im Schaltkreis zu messen? Zeichnen Sie das Schaltdiagramm. 2. 2. Wenn ein reales Voltmeter mit einem Innenwiderstand von 10 MΩ verwendet wird, um die Spannung in einem Schaltkreis zu messen, welche Auswirkungen hat dieser Widerstand auf die Messung? Erklären Sie. 3. 3. Ein reales Amperemeter mit einem Innenwiderstand von 0,1 Ω wird verwendet, um den Strom in einem Schaltkreis zu messen. Wenn der gemessene Strom 2 A beträgt, wie hoch ist der Spannungsabfall, der durch das Amperemeter verursacht wird? Berechnen und diskutieren Sie die Genauigkeit der Messung.

Fragediskussion

Dauer: (20 - 25 Minuten)

Das Ziel dieses Abschnitts ist es, die Antworten der Schüler zu überprüfen und das Verständnis der behandelten Konzepte zu vertiefen. Durch die detaillierte Diskussion der Lösungen zu den Fragen und das Ermutigen der Schüler, über die praktischen Auswirkungen der Messungen nachzudenken, verstärkt der Lehrer das Lernen und klärt mögliche Zweifel. Dieser Rückmeldemoment ermöglicht es den Schülern auch, aktiv teilzunehmen, und fördert eine kollaborative und kritische Lernumgebung.

Diskussion

• Frage 1: Um die Spannung über dem Widerstand von 100 Ω zu messen, muss das Voltmeter parallel zum Widerstand angeschlossen werden. Für die Strommessung muss das Amperemeter in Serie mit dem Widerstand und der Spannungsquelle angeschlossen werden. Das Schaltdiagramm sollte die Spannungsquelle, den Widerstand und das Amperemeter in Serie zeigen, mit dem Voltmeter, das parallel zum Widerstand angeschlossen ist.

• Frage 2: Ein reales Voltmeter mit einem Innenwiderstand von 10 MΩ hat nur einen sehr geringen Einfluss auf die Messung, da der Widerstand hoch genug ist, um den abgelenkten Strom durch das Voltmeter vernachlässigbar zu machen. In Schaltkreisen, in denen der Widerstand des zu messenden Bauteils mit dem Widerstand des Voltmeters vergleichbar ist, kann die Messung jedoch ungenauer sein.

• Frage 3: Ein reales Amperemeter mit einem Innenwiderstand von 0,1 Ω führt zu einem Spannungsabfall von 0,1 Ω * 2 A = 0,2 V. Dieser Spannungsabfall kann in Niederspannungsschaltungen signifikant sein und die Genauigkeit der Messung beeinträchtigen. Die Genauigkeit der Messung hängt davon ab, wie klein der Widerstand des Amperemetters im Vergleich zum Gesamtwiderstand des Schaltkreises ist.

Schülerbeteiligung

1. Reflexion: Was sind die Hauptunterschiede zwischen einem idealen und einem realen Voltmeter? Wie beeinflussen diese Unterschiede die Messungen in praktischen Schaltkreisen? 2. Frage: In welchen praktischen Situationen kann der Innenwiderstand eines Voltmeters die Messgenauigkeit signifikant beeinflussen? Geben Sie Beispiele an. 3. Reflexion: Warum ist es wichtig, ein Amperemeter in Serie und ein Voltmeter parallel zu verbinden? Was kann passieren, wenn diese Anschlüsse falsch gemacht werden? 4. Frage: Wie können Sie die Messfehler, die durch den Innenwiderstand der Messgeräte verursacht werden, minimieren? Diskutieren Sie mögliche Lösungen.

Fazit

Dauer: (10 - 15 Minuten)

Das Ziel dieses Abschnitts ist es, die wichtigsten Punkte, die während des Unterrichts behandelt wurden, zu überprüfen und zu konsolidieren, um sicherzustellen, dass die Schüler ein klares und kohärentes Verständnis des Inhalts haben. Diese abschließende Überprüfung hilft, das erworbene Wissen zu festigen, Theorie und Praxis zu verbinden und die Relevanz des Themas für den Alltag der Schüler zu betonen.

Zusammenfassung

• Definition und Funktion von Voltmetern und Amperemetern: Voltmetern messen die elektrische Spannung zwischen zwei Punkten eines Schaltkreises, während Amperemetern den elektrischen Strom messen, der durch einen Schaltkreis fließt.
• Eigenschaften von idealen Voltmetern und Amperemetern: Ideale Voltmetern haben einen unendlichen Widerstand, und ideale Amperemetern haben einen null Widerstand.
• Eigenschaften von realen Voltmetern und Amperemetern: Reale Voltmetern haben einen hohen, aber endlichen Widerstand, während reale Amperemetern einen niedrigen, aber nicht null Widerstand haben.
• Anschluss von Voltmetern und Amperemetern in Schaltkreisen: Voltmetern sollten parallel zum Bauteil angeschlossen werden, und Amperemeter in Reihe mit dem Schaltkreis.
• Praktische Beispiele für Messungen: Beispiele für Spannungs- und Strommessungen in einfachen Schaltkreisen wurden präsentiert und gelöst.

Der Unterricht hat die Theorie mit der Praxis verbunden, indem er grundlegende Konzepte über Voltmetern und Amperemetern vorgestellt und diese dann in praktischen Beispielen angewendet hat. Die Schüler konnten sehen, wie die Eigenschaften der Geräte die Messungen in realen Situationen beeinflussen und lernten, wie man die Instrumente korrekt in elektrischen Schaltkreisen anschließt.

Das behandelte Thema ist von äußerster Wichtigkeit für den Alltag, da Elektrizität ein integraler Bestandteil des modernen Lebens ist. Zu wissen, wie man Spannung und Strom misst und kontrolliert, ist entscheidend für die sichere und effiziente Funktion elektronischer Geräte und elektrischer Systeme. Kuriositäten wie die Erfindung des Voltmeters durch Johann Heinrich Lambert heben die Entwicklung und Bedeutung elektrotechnischer Messungen in Wissenschaft und Industrie hervor.