Physik

Online finden Sie hier für alle Fächer zusammen ca. 2000 Arbeitblätter.

Was halten Sie davon, das gesamte Material der Tauschbörse-Unterricht lokal auf Ihrem Rechner zu nutzen - auch ohne Internetzugang ?

Klicken Sie mal auf die Schatzkiste …

Arbeitsblätter Physik

• »Lorentzkraft«* - Bernd Bierwirth
  Feldlinien und Kräfte müssen eingezeichnet werden.
  PDF-Datei
  
  

• »Zirkuselefant Bimbo«* - Herbert Klinglmair
  Kleines Denkspiel zum Thema Druck.
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• »Massenträgheit«* - Petra Spielvogel
  Das Laufrätsel war mal ein Versuch, die Idee eines Laufdiktats auf den Physikunterricht zu übertragen. Ich habe die Stationen im ganzen Schulhaus in dreifacher Ausfertigung verteilt. Die Schüler mussten dann pro Tisch alle die richtigen Lösungen auf ihrem Blatt haben. Die ersten, die im Klassenzimmer zurück waren, bekamen einen Preis.
  PDF-Datei (300 KByte)
  
  

• »Wirkungen von Kräften«* - Petra Spielvogel
  Sechs Begriffe zu unterschiedlichen Wirkungen von Kräften müssen zugeordnet werden. Die Silben der Begriffe sind vorgegeben.
  PDF-Datei
  
  

• »Zusammengesetzte Kräfte«
  Einige Aufgaben zum Abschätzen und Konstruieren von zusammengesetzten Kräften. Achtung: Beim Ausdrucken darf der Acrobat Reader die Seiten nicht verkleinern!
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• »Masse, Volumen, Dichte«* - Elke Trüber
  Kleiner Test.
  PDF-Datei
  
  
  

• »Ableseübungen«
  Das Ablesen analoger Messgeräte bereitet Schülern immer wieder Probleme. Diese Übungen helfen vielleicht ein wenig weiter. Die Corel-Versionen enthalten eine Anleitung, wie man relativ schnell weitere Aufgaben herstellen kann.
  PDF-Datei
  
  

• »Vom Thermometer zur grafischen Darstellung«
  Die Messergebnisse eines Schülerversuchs (Wasser wird einfach nur erhitzt) werden nicht direkt von der Tabelle ins Diagramm übertragen sondern über zwei anschauliche Zwischenschritte.
  PDF-Datei
  
  

• »Gegenstrom«* - Martin Huber
  „Excel-Simulation einer künstlichen Niere, bei der das Dialysat einmal entgegengesetzt und einmal parallel zum Blut strömt. Veranschaulicht meiner Meinung nach ganz gut das Lösen komplizierterer Probleme mittels »Finiter Differenzen«“.
  Zip-Datei
  
  

• »Vectorjockey«* - Martin Huber
  „Arbeitsblatt zum Einsatz mit dem (sehr guten) Shareware-Programm Vectorjockey. Ich habe das Programm eingesetzt, um den Begriff »Beschleunigung« in einer und zwei Dimensionen einzuführen. Den Schülern sollten bereits die Geschwindigkeit als Vektor und der zurückgelegte Weg als Fläche im v-t-Diagramm bekannt sein.“
  PDF-Datei
  Und auf der DVD auch das Programm.
  

• »Würfeldiffusion«* - Martin Huber
  Würfelspiel zur Veranschaulichung der Tatsache, dass die Diffusion lediglich auf der vollkommenen Zufälligkeit der Bewegung beruht und damit der Begriff »Diffusionsdruck«, der die Existenz einer gleichmäßig verteilenden Kraft suggeriert, eigentlich recht irreführend ist. Den Schülern sollte die brownsche Molekularbewegung bereits bekannt sein.
  Die Anleitung finden Sie auf der zweiten Seite der PDF-Datei.
  PDF-Datei
  
  
  
  
  
  

Ausmalaufgaben Physik

Die Arbeitsblätter enthalten Aufgaben, deren Lösungen durch die Schüler selbst über ein Puzzle kontrolliert werden können. In jedem Feld des Puzzles stehen Lösungen oder irreführende ähnliche Begriffe/Zahlen. Die Lösungen gilt es zu finden und die zugehörigen Felder mit Bleistift auszumalen.
Dabei schält sich nach und nach eine Lösungsfigur aus dem Liniengewirr, an der man auf leicht erkennen kann, ob alle Aufgaben richtig gelöst worden sind.
Ausmalaufgaben sind eigentlich nur eine andere Form von »Malen nach Zahlen«. Die Vorlagen dazu sind wesentlich leichter herzustellen und die Schüler bearbeiten sie mindestens ebenso gern.

Das Lösungsblatt enthält immer das ausgemalte Lösungswort bzw. die Figur und oft die Lösungen der Aufgaben. Man sollte den Schülern sehr deutlich nahelegen, die Aufgaben mit Bleistift zu lösen und auch die Puzzleteile nur dünn mit Bleistift auszumalen bzw. erst nur zu schraffieren.

Nähere Erläuterungen und eine ausführliche Anleitung, wie Sie selbst auch einmal ein Arbeitsblatt mit dieser Lösungskontrolle entwerfen können, finden Sie hier.

Eine kleine mit Sozi erstellte Animation aus der Abteilung Mathematik gibt einen Eindruck davon, wie die Selbstkontrolle durch das Ausmalen erfolgt. Klicken Sie einfach in das Bild.

• »Kraft«
  24 Aussagen zum physikalischen Kraftbegriff müssen auf ihren Wahrheitsgehalt untersucht werden.
  Siehe auch das entsprechende Kreuzworträtsel, Triomino und Gedächtnisspiel.
  PDF-Datei
  
  

• »Wärmelehre«* - Elke Trüber
  Die richtigen Lösungen führen zu Buchstaben, die ausgemalt werden müssen.
  PDF-Datei (290 KByte)
  
  

• »Rollen und Flaschenzüge«* - Petra Spielvogel
  Der Wahrheitsgehalt von 13 Aussagen muss bewertet werden.
  PDF-Datei
  
  
  
  
  
  

Bastelanleitungen Physik

• »Seifenblasen«
  Ein vergleichsweise unkritisches Rezept für stabile Seifenblasen habe ich an mehreren Stellen im Netz gefunden. Hier meine Version für gut 2 Liter Lösung:
  Die Zutaten:
  2g Guarkernmehl (Apotheke 7€/100g)
  4g Backpulver (Discounter)
  1g Kleister-Pulver (Baumarkt)
  100ml Fairy Ultra (grün)
  2l Wasser
  
  Die Zubereitung
  Das Backpulver, den Kleister und das Guarkernmehl in 1l kaltem Wasser vollständig auflösen (keine Klümpchen, Schneebesen benutzen!). Dann 100ml Fairy Ultra vorsichtig unterrühren. Das Spülmittel ist ausgesprochen dickflüssig, daher das Messgefäß mit dem zweiten Liter Wasser nach und nach ausspülen und das ‚Spülwasser‘ ebenfalls unterrühren.
  Schaum sollte dabei möglichst vermieden werden.
  
  Erfahrungen
  Den Kleister kann man notfalls auch weglassen, aber mit dieser Zutat hielten ‚mundgeblasene‘ Seifenblasen deutlich länger.
  Es muss auch wohl tatsächlich Fairy-Ultra sein, ein Versuch mit Pril (ähnliche Konsistenz) scheiterte kläglich, die Blasen platzten, bevor sie 10cm Durchmesser hatten.
  Hier die Quelle meines Rezepts.
  
  

• »Lorentzkraft«* - Herbert Klinglmair
  Einfacher Versuchsaufbau zum Nachweis der Lorentzkraft.
  PDF-Datei
  
  

• »Kaugummischachtel-Amperemeter«* - Herbert Klinglmair
  Anleitung für die Herstellung eines einfachen Nachweisgeräts für elektrischen Strom. Das Word-Original befindet sich auf der DVD.
  Zip-Datei
  

• »Anspitzerdosen-Batterie«* - Herbert Klinglmair
  Anleitung für die Herstellung eines galvanischen Elements aus handelsüblichen Bauteilen. Für den Einsatz in Deutschland muss sie vielleicht noch etwas angepasst werden. Das Word-Original befindet sich auf der DVD.
  Zip-Datei
  
  
  
  
  

Bastelvorlagen Daumenkinos

Daumenkinos haben mich schon fasziniert, als ich noch selbst Schüler war. Leider reichten lange Zeit weder mein handwerkliches Geschick noch meine zeichnerischen Fähigkeiten aus, so etwas selbst herzustellen.

• »Daumenkino Selbstbau InkScape«
  Vorlagen für die Herstellung eigener Daumenkinos. Jedes ›Einzelbild‹ ist nummeriert und enthält Markierungen zum Lochen bzw. Ausschneiden für das Zusammenkleben mit Heißkleber. Einzelbilder (falls Sie ein AniGif verwenden wollen) rasten automatisch an den Hilfslinien und Rändern der Karten ein.
  16 Bilder
  20 Bilder
  
  

• »Daumenkino-01«
  PDF-Datei
  
  

• »Daumenkino-02«
  PDF-Datei
  
  

• »Daumenkino-03-05« - Nur auf der
  

• »Daumenkino-06«
  Fliegende Möwe. PDF-Datei
  
  

• »Daumenkino-07«
  Heißluftballon PDF-Datei
  
  

• »Daumenkino-08«
  Aufklappender Winkel PDF-Datei
  
  

Hinweise zum Bau von Daumenkinos

• »Wie komme ich an geeignete Motive?«
  Beim Surfen stößt man immer wieder auf mehr oder weniger gelungene animierte Grafiken. Mit Hilfe der richtigen Programme lassen sich diese ganz leicht in Daumenkinos umsetzen. Noch besser als AnimGifs sind natürlich geeignete AVI- bzw. MOV-Dateien. Wer über ein Smartphone verfügt, sollte eigentlich keinen Mangel an Motiven haben.
  
  

• »Wie bekomme ich ein AniGif von einer Web-Seite gespeichert?«
  Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Grafik und speichern Sie sie unter einem geeigneten Namen ab.
  
  

• »Manche AniGifs lassen sich nicht speichern?!?«
  Suchen Sie nach dem Browsercache, in dem u.a. alle Grafikdateien zwischengespeichert werden, die mal über den Bildschirm geflimmert sind. Dort haben die Dateien zwar sehr eigenartige Namen, aber über die Endung (*.GIF) und das Datum kann man die Menge der in Frage kommenden Dateien stark eingrenzen.
  Eine andere Möglichkeit sind Programme, die es erlauben, beliebige Teile des Bildschirms ›einzufangen‹, auch wenn diese animiert sind.
  
  

• »Wie erhalte ich die Einzelbilder aus AnimGifs?«
  Laden Sie das Bild in Irfan-View. Unter → Optionen finden Sie einen Menuepunkt, der alle Frames als JPeg-Datei in ein eigenes Verzeichnis extrahiert.
  
  

• »Wie erhalte ich die Einzelbilder aus Videos?«
  Laden Sie den Film in den VLC-Mediaplayer. Stoppen Sie kurz vor der gewünschten Sequenz und steppen Sie im ›E‹inzelschrittmodus durch die Sequenz und machen Sie jeweils einen Schnappschuss, den Sie in die Vorlage einfügen.
  
  

• »Welches Papier nutze ich für das Daumenkino?«
  Normales 80g-Papier eignet sich nicht so besonders, da es zu wenig Steifigkeit hat und die Filme nicht gut ablaufen. Laminieren mit 80u-Folie nach dem Ausdrucken wirkt da Wunder. Zum Ausschneiden sollte man eine gute scharfe Schere oder ggf. ein Teppichmesser mit Stahllineal benutzen.
  
  

• »Wie fixiere ich den Papierstapel?«
  Methode Heißkleber
  Zum Zusammenkleben werden im Netz mehrere Methoden beschrieben, ich selbst habe gute Erfahrungen mit Heißkleber gemacht. Das genau ausgerichtete Paket wird in einen Schraubstock gespannt, ein wenig verbogen (dadurch aufgefächert) und dann dünn mit Heißkleber bestrichen.
  Sobald der Heißkleber aufgebracht ist, wird das Paket wieder gerade gebogen und die beklebte Stelle mit Wäscheklammern fixiert.
  Nach dem Abkühlen des Heißklebers werden die Wäscheklammern entfernt und der geklebte ›Rücken‹ mit Isolierband umwickelt.
  
  Methode Buchschrauben
  Inzwischen habe ich Buchschrauben als vielleicht noch bessere Lösung entdeckt. Einfach alle Bilder zweimal lochen und sie dann mit zwei passenden Buchschrauben fixieren.

Begriffe errechnen Physik

Aufgabenblätter mit unterschiedlich vielen Aufgaben. Als Lernzielkontrolle werden Wörter bzw. Begriffe aus 100 Buchstaben ermittelt, die in einem 10x10-Raster angeordnet sind. So ganz nebenbei üben die Schüler den Umgang mit Koordinatenangaben. Fast jedes Arbeitsblatt enthält zwei A5-Aufgabenblätter.

• »Strom - Spannung - Widerstand«
  13 Aufgaben. In der Datei ist das Aufgabenblatt gleich zweimal enthalten.
  Lösungsbegriff: Energiesparen
  PDF-Datei
  
  
  
  

Brettspiele Physik

Die Arbeitsblätter sollten auf Karton geklebt oder noch besser laminiert werden.

• »Mechanik«* - Petra Spielvogel
  42 Aufgabenkarten für das Spiel 4 gewinnt. Falls noch nicht geschehen, müssen Sie sich noch die Vorlagen für das Spielbrett, die Spielsteine und die Rückseiten der Aufgabenkarten laden.
  PDF-Datei
  
  
  
  
  
  

Kammrätsel Physik

• »Kräfte, Kraftwirkungen«* - Petra Spielvogel
  9 Begriffe aus dem Bereich.
  PDF-Datei
  
  
  
  
  
  

Kreuzworträtsel Physik

• »Kraft« Idee: Petra Spielvogel
  20 Begriffe zum physikalischen Kraftbegriff. Auf der DVD illustriert mit ein paar passenden Bildern.
  Siehe auch die entsprechende Ausmalaufgabe, das Triomino und das Gedächtnisspiel.
  PDF-Datei
  
  

• »Stromkreis«* - Axel Tiemann
  Über 40 Begriffe aus dem Bereich Elektrizitätslehre. Eher für die oberen Klassen der Sek.-I geeignet.
  PDF-Datei
  
  

• »Akustik«
  Über 30 Begriffe aus den Bereichen Schall und Hören.
  PDF-Datei
  
  

• »Optik02 - Reflexion und Lichtbrechung«* - Petra Spielvogel
  27 Begriffe aus dem Bereich Strahlenoptik.
  PDF-Datei
  
  

• »Stromkreis«* - Heribert Daxl
  Über 20 Begriffe aus dem Bereich Elektrizität. Grundschule Klasse 3.
  PDF-Datei
  
  

• »Reibung«* - Petra Spielvogel
  Über 20 Begriffe aus dem Bereich Mechanik.
  PDF-Datei
  
  

• »Berühmte Köpfe der Physik«
  27 der berühmtesten Köpfe mit mehr oder weniger irreführenden Umschreibungen.
  PDF-Datei
  
  

• »Hebelgesetz«* - Petra Spielvogel
  Über 20 Begriffe aus dem Bereich Mechanik.
  PDF-Datei
  
  

• »Elektrostatik« - Nur auf der
  Begriffe aus dem Bereich ›Statische Elektrizität‹.
  
  
  

• »Optik-01«
  Ca. 40 Begriffe aus dem Bereich Optik-I (Lichtquellen, Lichtausbreitung, Reflexion etc.).
  PDF-Datei
  
  
  
  
  
  

Lernzirkel Physik

• »Wärmelehre«* - Matthias Lang
  An sechs Stationen werden Experimente zum Thema »Wärmeausbreitung« durchgeführt und beschrieben.
  PDF-Datei
  
  

• »Masse und Trägheit«* - Petra Spielvogel
  An fünf Stationen werden Experimente zum Thema »Masse und Trägheit« durchgeführt und beschrieben.
  PDF-Datei
  
  

• »Statische Elektrizität«* - Petra Spielvogel
  An sechs Stationen werden einfache Experimente aus dem Gebiet der Elektrostatik durchgeführt und beschrieben.
  PDF-Datei
  
  
  
  
  
  

Gedächtnisspiele (TL und Beamory) Physik

Die Begriffe Pairs, Remember, Paare aufdecken oder Gedächtnis- oder Memospiel stehen alle für ein weit verbreitetes Gesellschaftsspiel, dessen bekanntesten Namen M****y ich hier nicht nutze, um nicht schon wieder in eine Abmahnfalle zu tappen.

Beim Spiel geht es für die Mannschaften darum, zusammengehörende Paare aufzudecken, die verdeckt präsentiert werden. Sie finden hier drei unterschiedliche Methoden der Präsentation, die im Laufe der Jahre nacheinander in der hier gezeigten Reihenfolge entstanden sind - immer frei nach der Methode ›Das geht doch noch besser!‹:

• Tageslichtschreiber
  Auf einer Folie sind 20 Felder verteilt, von denen jeweils zwei zusammengehören. Jedes Feld ist durch Koordinaten (1A, 2D …) eindeutig gekennzeichnet. Die Folie wird auf einen ausgeschalteten Tageslichtschreiber gelegt und die Felder werden mit Plättchen abgedeckt während die Klasse/Lerngruppe Mannschaften (mit Sprecher) bildet.
  Fazit: Hat zu Zeiten, als Beamer in den meisten Schulen noch nicht alltäglich waren, ganz gut funktioniert, wenn es auch ein wenig fummelig war.
  
  

• Beamory
  Die ersten 12, 16 oder alle Bilder der Beamory-Zip-Datei müssen jeweils in einen Ordner entpackt werden. Das Programm Beamory wird gestartet und der Ordner wird geöffnet während die Klasse/Lerngruppe Mannschaften (mit Sprecher) bildet.
  Fazit: Vorausgesetzt, ein Beamer mit angeschlossenem Windows-Rechner steht zur Verfügung, ist die Spielweise mit diesem Programm erheblich stressfreier als die TL-Methode mit den Abdeckplättchen.
  
  

• InkScape
  Während die Klasse/Lerngruppe Mannschaften (mit Sprecher) bildet, wird am Lehrerplatz das Programm InkScape gestartet und die gewählte Datei geöffnet. Ist InkScape auf dem Rechner mit SVGZ-Dateien verknüpft, kann man auch über den Arbeitsplatz die gewählte opmem-Datei einfach doppelklicken.
  Die Tastenkombination (nacheinander in dieser Reihenfolge) [F1], [F11], [Shift-F11] und schließlich ›4‹ blendet die normale Programmoberfläche aus und bringt das Spiel formatfüllend auf den Bildschirm.
  ›Abdeckplättchen‹ und ›Anzeigetäfelchen‹ für die Punkte werden mit der Maus bedient. Wenn die beiden aufgedeckten Felder nicht zusammenpassen, können sie mit [Strg-Z] schnell wieder abgedeckt werden.
  Fazit: Mit weitem Abstand mein persönlicher Favorit!
  Voraussetzung: ein Beamer steht zur Verfügung und man kennt sich mit dem Programm InkScape etwas aus. (InkScape läuft übrigens nicht nur unter Windows sondern auch unter Linux und auf dem MAC!)
  
  

So wird gespielt:
Der Mannschaftssprecher nennt nacheinander die Koordinaten von je zwei Feldern, die durch den Lehrer aufgedeckt werden. Passen die beiden Felder zusammen, bekommt die erfolgreiche Mannschaft einen Punkt und darf die nächsten beiden Felder aufdecken. Passen sie nicht, werden die beiden Felder wieder zugedeckt.
Es sollte vorher festgelegt werden, ob bzw. wie sich die Mitglieder einer Mannschaft absprechen dürfen und wer der Mannschaftssprecher ist.
Um den Lerneffekt zu erhöhen, kann man den Inhalt des aufzudeckenden zweiten Feldes von der spielenden Mannschaft erst nennen lassen.

Erfahrungen:
Anfangs wollten meine Schüler (Hauptschule Klasse 7, Grundkurs) nicht so recht anbeißen. Das Gedächtnisspiel kannten sie zwar schon, aber noch nicht in dieser Form. Schon nach kurzer Zeit klappten die mannschaftsinternen Absprachen aber ganz hervorragend und ich kam mir in manchen Mathestunden vor wie bei Mannschaftsspielen in der Turnhalle.
,

• »Kraft«
  Begriffe zum ›physikalischen Kraftbegriff‹.
  Siehe auch die entsprechende Ausmalaufgabe, das Triomino und das Kreuzworträtsel.
  InkScape
  
  

• »Atomphysik 1«
  Die ersten Atommodelle und ihre ›Entdecker‹.
  InkScape
  
  

• »Elektrizität bis 1775«
  Erkenntnisse und Namen aus den Anfängen der Elektrizitätslehre.
  InkScape
  
  

• »Galileo Galilei«
  Passend zum Film ›Galilei und die Sterne‹.
  InkScape
  
  

• »Akustik«
  Wichtige Begriffe, Zahlen, Kurven und Zusammenhänge. Zwei weitere Versionen auf der DVD.
  InkScape
  

• »Widerstände bis 1 KOhm«
  Widerstände aus der E27-Reihe müssen dem richtigen Farbcode zugeordnet werden.
  InkScape
  
  

• »Schaltzeichen Elektronik«
  Von der Diode bis zum Transistor.
  InkScape
  
  

• »Weg-Zeit-Gesetz«
  Passende Kombinationen aus Weg, Zeit und Geschwindigkeit müssen einander zugeordnet werden, auf der DVD auch als Beamory.
  PDF-Datei «-» InkScape
  Nur auf der
  
  

• »Wiederholung Mechanik«* - Petra Spielvogel
  PDF-Datei
  
  

• »Hebelgesetz«* - Petra Spielvogel
  PDF-Datei
  

• »Ohmsches Gesetz«
  Passende Kombinationen aus Spannung, Stromstärke und Widerstand müssen einander zugeordnet werden (TaLi).
  PDF-Datei
  
  

• »Hebelgesetz«* - Petra Spielvogel
  Passende Kombinationen aus Kraftarm/Kraft und Lastarm/Last müssen einander zugeordnet werden.
  PDF-Datei
  
  
  
  
  
  

Phenakistoskope und Zoetrope

Das Phenakistoskop (Lebensrad, auch Phänakistoskop) wurde um 1832 von Joseph (von) Plateau entwickelt. Auf einer runden, mit Schlitzen versehenen Scheibe sind mehrere Bilder aufgedruckt, die Momentaufnahmen aus einem Bewegungsablauf darstellen. Versieht man die Scheibe mit einer Achse, hält sie parallel vor einen Spiegel und versetzt sie in Drehung, entsteht ein deutlicher Eindruck von Bewegung, wenn man durch die Schlitze das Spiegelbild der Scheibe betrachtet.
Hinweise zur Herstellung und zum Bezug fertig gefräster Plastikscheiben.
Das AnimGif wurde mir von Harald Bendschneider zur Verfügung gestellt.
Weitere Vorlagen auf der DVD und im Netz (Suchbegriff ›Phenakistoscope‹ in mehreren Schreibweisen).

• »Donald als Lokführer«
  Aus YouTube-Video erzeugt.
  Nur auf der
  
  

• »Flying Bird«
  Aus Vorlagen der offenen Grafik-Bibliothek erzeugt.
  8 Bilder
  
  

• »Phenakistoskop Vorlagen für InkScape«
  Mit InkScape ist die Erstellung eines neuen Phenakistoskopes eine Sache von wenigen Minuten. Vorlagen und Beispiele findet man zuhauf bei Youtube. Und so funktioniert die Sache:
  Laden Sie eine passende Vorlage und speichern Sie sie gleich wieder unter einem neuen Namen ab. Fügen Sie das erste Bild oben zunächst einmal zwischen die beiden schwarzen Kerben ein. Ziehen Sie aus dem horizontalen und vertikalen Lineal je eine neue Hilfslinie, mit denen eine Ecke des Bildes festgelegt wird. Klicken Sie noch einmal auf das Bild und verschieben Sie das Rotationszentrum in die Mitte der Scheibe (rastet dort automatisch an den schon vorhandenen Hilfslinien ein). Lassen Sie das Bild nun mit gedrückter Strg-Taste an seinen neuen Platz rotieren.
  Wiederholen Sie die Schritte mit den übrigen Bildern: Einfügen, an Hilfslinien ausrichten, Rotationszentrum verschieben und an neuen Platz rotieren.
  Bei den drei beigefügten Vorlagen klappt die Strg-Rotationsmethode ganz gut, da das Bild jeweils 15° weiter rotiert und dabei zwangsläufig irgendwann am richtigen Platz landet. Bei anderen Bilderzahlen müssen Sie auf das Werkzeug Transformation zurückgreifen, bei dem Sie beliebige Winkel einstellen können.
  Wenn Sie Bilder aus Zeichentrickfilmen benutzen, sollten diese möglichst groß eingebracht werden. Damit sich die Bilder wegen ihrer Rechteckform nicht gegenseitig überlappen, können Sie mit einem geeigneten Pfad auf eine entsprechende Form beschnitten werden.
  06 Bilder
  08 Bilder
  12 Bilder
  
  

Die nächsten drei Vorlagen wurden mit einer der InkScape-Vorlagen oben erzeugt. Die Bilder stammen aus Youtube-Videos und wurden mit Gimp bearbeitet - Nur auf der

• »Laufender Clown«
  Mit einer der InkScape-Vorlagen oben erzeugt.
  12 Bilder
  
  

• »Rollende Bälle«
  Ein Ball rollt in einem Rohr. Auf der DVD enthält die Datei fünf weitere Seiten mit rollenden bzw. hüpfenden Bällen.
  8 Bilder
  
  

• »Laufender Mann«* - Harald Bendschneider
  Siehe erstes Bild in dieser Abteilung.
  16 Bilder
  
  

• »Phenakistoskop-01-07«
  01: 8 Bilder «—-» 02: 10 Bilder «—-» 03: 10 Bilder «—-» 04: 6 Bilder «—-» 05: 8 Bilder «—-» 06: 8 Bilder «—-» 07: 6 Bilder
  
  

Vier weitere Phenakistoskope finden Sie auf der DVD.

• »Vorlage Phenakistoskop«
  Für eigene Zeichentrickfilme! Die Schüler können in die vorgezeichneten Kästchen eigene Entwürfe zeichnen und diese dann ›zum Leben erwecken‹. Es gibt verschiedene Versionen, die sich nur durch Größe und Anzahl der Bilder unterscheiden.
  6 Bilder «-» 8 Bilder «-» 10 Bilder «-» 12 Bilder
  
  
  

Ergänzung: Anstelle von Schlitzen könnte man bei Phenakistoskopen auch einfach ein Loch mit einem handelsüblichen Locher stanzen. Die Stabilität der Scheibe dürfte dadurch wesentlich besser werden…

Eine Weiterentwicklung des Phenakistoskops war das Zoetrop, auch Zootrop, Wunder- oder Schlitztrommel genannt. In seiner einfachsten Form war es ein mit z.B. 12 Schlitzen versehener Zylinder, in den ein Papierband mit ebenfalls 12 Bildern eingelegt werden konnte.
Gegenüber dem Phenakistoskop bietet das Zoetrop den Vorteil, dass mehrere Personen gleichzeitig die bewegten Bilder beobachten können. Zudem kann man mit einer einzigen Wundertrommel mehrere Filme betrachten, indem man einfach die Filmstreifen auswechselt.

Die Vorlagen sind für eine Trommel mit einem Innendurchmesser von 20 cm konzipiert. Die vier Streifen müssen in der richtigen Reihenfolge zusammengeklebt werden, die schwarzen Abschnitte muss man vorher abschneiden. Auf der zweiten Seite jeder Vorlage findet sich eine Vorlage für die Schlitze. Auch hier müssen die vier Streifen zusammengeklebt werden. Wird dieser auf dem schwarzen Streifen, der später mal die Zylinderwand wird, befestigt, kann man mit einem scharfen Teppichmesser die Schlitze leicht ausschneiden.
Weitere Vorlagen auf der DVD.

Bei der Recherche nach weiteren Vorlagen für Daumenkinos, Phenakistoskope und Zoetrope bin ich im Netz auf einen interessanten Vorschlag gestoßen.

• »Zoetrop-01«
  PDF-Datei
  
  

• »Zoetrop-02«
  PDF-Datei (310 kByte)
  
  

• »Zoetrop-03« - Nur auf der
  

• Bauvorschlag: Zoetrop aus alter CD / DVD
  Der Animationseffekt gelingt umso besser, je gleichmäßiger sich der Zylinder mit den Schlitzen bewegt. Warum also ihn nicht auf eine alte CD/DVD kleben, denn die läuft extrem rund.
  Außer der CD benötigt man eigentlich nur ein Stück schwarze Bastelpappe (ca. 250g/m²), die mithilfe einer der PDF-Vorlagen mit den nötigen Schlitzen versehen und mit Heißkleber an der CD befestigt wird.
  Die Vorlage enthält auf mehreren Seiten den Entwurf für einen halben Mantel in unterschiedlichen Kombinationen und Anordnungen:
  - zweimal nebeneinander für den Druck auf Din A3-Papier,
  - zweimal übereinander für den Druck auf Din A4-Papier und
  - zweimal übereinander für den Druck auf Papier spezieller Größe.
  Die richtige Seite wird auf helles Papier gedruckt, dass so auf die Pappe geklebt wird, dass es nach dem Ausschneiden der Schlitze wieder abgelöst werden kann. Ich selbst nutze für diesen Zweck immer selbstklebende Etikettenreste, die ich bei einem befreundeten Drucker aus dem Altpapiercontainer gefischt habe.
  Bevor die Schlitze ausgeschnitten werden, sollte die Pappe einige Zeit um ein Abflussrohr o.ä. gewickelt und mit Gummis fixiert werden, damit sie sich an die Zylinderform ‚gewöhnt‘.
  Zum Abspielen muss unter die CD noch ein Korken o.ä. geklebt werden .
  PDF-Datei für einen Zylinder mit 12 Schlitzen
  PDF-Datei für einen Zylinder mit 16 Schlitzen
  
  

• »Zoetrop-04«
  Enthält drei ‚Filme‘ für die CD-Version mit 16 Schlitzen.
  

• »Zoetrop-05«
  Enthält drei ‚Filme‘ für die CD-Version mit 16 Schlitzen.
  

• »Zoetrop-06«
  Enthält drei ‚Leerfilme‘ zum Selbstbemalen für die CD-Version mit 16 Schlitzen.
  PDF-Datei
  
  

• »Baustelle«
  Im Ordner \!boerse\dateien\basteln\phena\Baustelle finden Sie viele Animierte Gifs und andere Dateien, aus denen sich weitere Zoetrope-Filmstreifen/Phenakistoskope/Daumenkinos erzeugen lassen. Ich habe bei der Recherche auf diversen Seiten erst einmal alles dort ‚gebunkert‘.
  
  

• »Eigene Streifen«
  Hat ein Filmstreifen gleich viele Bilder wie die Trommel Schlitze, sieht man beim Rotieren animierte Bilder an fixen Positionen. Wenige Bilder als Schlitze hat zur Folge, dass sich die Bilder scheinbar entgegen der Drehrichtung der Trommel bewegen. Demzufolge bewegen sich die Bilder in Drehrichtung der Trommel, wenn mehr von ihnen da sind als Schlitze.

Lochkarten (Stöpselkasten) Physik

Bitte achten Sie beim Ausdrucken jeder Vorlage unbedingt darauf, dass die Dateien maßhaltig gedruckt werden. Das Häkchen ›Seitengröße‹ oder ›Auf Seitengröße anpassen‹ im Druckmenü des Acrobat Readers darf unter keinen Umständen gesetzt sein, sonst passen die Karten nicht in die Schubladen, bzw. die Löcher von Schublade und Karte sind nicht deckungsgleich! Richtig gedruckt sind die Karten, wenn das A4-Blatt rundherum genau einen Zentimeter Rand hat.
Wie man die Karten selbst herstellt finden Sie hier ebenso wie Hinweise zum Selbstbau der Schubladen.
Falls Sie sich weitere Versionen wünschen, schicken Sie mir die Vorschläge doch einfach zu, ganz gleich welches Dateiformat. Ich baue daraus dann neue Karten.

• »Elektrik-01«
  Ableseübungen an analogen Messgeräten. Siehe auch passendes Arbeitsblatt.
  PDF-Datei
  
  
  
  
  
  

Programme Physik

• »Schallgeschwindigkeit mit dem Handy messen«
  Mit der App phybox, die es für Android und IOS gibt, lässt sich auf einfache Weise die Schallgeschwindigkeit im Schülerexperiment messen. Man benötigt dazu nur die App und zwei Handys.
  Die Handys werden im Abstand von (genau!) 5m abgelegt und die App wird jeweils gestartet. Um Fehlauslösungen zu vermeiden, wird ein Schwellwert von ca. 0,5-0,8 eingestellt. Zwei Personen stellen sich jeweils neben ein Handy (außen) und klatschen kurz nacheinander. Durch den ersten Klatscher werden beide Uhren gestartet, der zweite Klatscher stoppt die Uhren wieder.
  Der Trick bei der Sache ist, dass die Uhr neben dem ersten ›Klatscher‹ ein paar Millisekunden eher startet als die andere und später wieder gestoppt wird. Der Zeitunterschied entspricht genau der Laufzeit des Schalls über 10m (hin und zurück). Aus der Laufzeit und der (doppelten) Strecke lässt sich leicht die Schallgeschwindigkeit errechnen.
  Video
  
  

• »Soundkarten-Oszillograph« nur Link
  Der Soundkarten-Oszillograph empfängt Signale mit eine Abtastrate von 44.1 kHz und 16Bit von der Soundkarte des Rechners. Die Quelle der Daten kann im Windows Audio Mixer festgelegt werden (Mikrofon, Line-In oder Wave). Der abgedeckte Frequenzbereich hängt von der Soundkarte ab, aber 20-20000Hz sollte jede moderne Soundkarte bereitstellen. Die untere Grenzfrequenz wird hierbei durch die AC Kopplung des Line-In Eingangs bestimmt. Der Mikrofoneingang ist bei den meisten Soundkarten lediglich ein mono Eingang.
  Der Oszillograph beinhaltet einen 2-Kanal Signalgenerator, der Sinus, Dreieck, und Sägezahn Signalformen erzeugen und auf dem Line-Out ausgeben kann. Diese Signale können über den Windows Mixer wieder vom Oszillographen verarbeitet werden, um z.B. Lissajous’sche Figuren im x-y Graph zu erzeugen.
  Das Programm und die Dokumentation werden kostenlos für private und (nicht-kommerzielle) Ausbildungszwecke sowie Schulen und Universitäten zur Verfügung gestellt.
  Seite von Christian Zeitnitz
  
  
  
  
  
  

Puzzles Physik

Die Arbeitsblätter sollten auf Karton geklebt oder noch besser laminiert werden.

• »Kräfte, Kraftwirkungen« - Nur auf der
  Neues Triomino mit ›entschärften‹ Ecken. 21 Begriffspaare / Berechnungen müssen einander zugeordnet werden. Das Bild rechts zeigt die Hälfte des Puzzles, das insgesamt eine Raute bildet.
  Siehe auch die entsprechende Ausmalaufgabe, das Gedächtnisspiel und das Kreuzworträtsel.
  
  

• »Kräfte, Kraftwirkungen«* - Petra Spielvogel
  PDF-Datei
  

• »Was weißt du vom Schall?«
  Schnippel-Puzzle mit einem Kreis als Lösungsfigur. Die wichtigsten Aussagen zum Thema Schall.
  PDF-Datei
  
  

• »Meilensteine in der Entwicklung der Elektrizität«
  Schnippel-Puzzle mit einem Kreis als Lösungsfigur. Die wichtigsten Entdeckungen vom Bernstein bis zur elektromagnetischen Induktion und ihre Entdecker.
  PDF-Datei
  
  

• »Elektrizität«* - Elke Trüber
  Alle wichtigen Größen und Formeln aus dem Bereich »Elektrizität«.
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Drehterzett Physik

Zwei bis vier laminierte Papierscheiben sind drehbar übereinander angeordnet. Auf der untersten (größten) Scheibe stehen 15, 18 oder 20 Aufgaben oder Größen, auf den anderen Scheiben jeweils ebensoviele Operatoren bzw. Größen, auf der obersten Scheibe steht die Lösung. Nur wenn alle Scheiben richtig zueinander gedreht sind, ergibt sich pro Segment eine passende Aufgabe.
Die Scheiben müssen nicht lange erklärt werden, wirken sehr stark motivierend und eignen sich bestens für Freiarbeit, Rechenstationen oder zur Beschäftigung von Schülern, die andere Aufgaben schon erledigt haben. Besonders die Ausgaben mit vier Scheiben dürften auch für bessere Schüler nicht so leicht zu knacken sein. Auf der DVD sind alle Rechenscheiben auch im Corel-Format und komplett mit Lösung. Zusätzlich finden Sie dort mehr als 10 spezielle Vorlagen zur schnellen und leichten Erstellung neuer Scheiben. Die Sparausgaben sind etwas kleiner, benötigen dafür zur Herstellung aber nur ein laminiertes A4-Blatt.
Hinweise zur Herstellung. Vorlagen für eigene Rechenscheiben.

• »Spannung, Strom, Widerstand«
  ›Sparausgabe‹ mit nur drei Scheiben. Auf der DVD sind neben den Corel-Dateien und den Lösungen weitere Versionen. Version-3 enthält die Werte für Spannung, Strom und Widerstand auf den drei Scheiben kunterbunt gemischt.
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Sonstiges Physik

• »Mendocino-Motor« (nur Link)
  Auf einer (nahezu) frei schwebenden, magnetisch gelagerten Achse sind Solarzellen und Spulen angebracht. Trifft genügend Licht von einer Seite auf den Rotor, fängt er an sich zu drehen. Der Selbstbau ist nicht ohne, da von den Solarzellen durch die Luftspulen nur sehr geringe magnetische Kräfte erzeugt werden.
  Bausätze und betriebsbereite Motoren
  
  

• »Barometer zur Höhenbestimmung« (nur Link)
  Niels Bohr zugeschriebene Anekdote, in der er verschiedene Möglichkeiten zur Bestimmung der Höhe eines Wolkenkratzers mit Hilfe eines Barometers beschreibt.
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• »Morsealphabet«
  Pro Din A4-Blatt jeweils zwei Versionen, einmal zum Kodieren, einmal zum Dekodieren. Im Netz finden Sie eine ganze Reihe von Truetype- und Postscript-Fonts, um sehr leicht eigene Botschaften zu verfassen.
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Spiele Physik

• »Ratespiel ›Laser‹«, Bernd Egle
  PDF-Datei und Powerpoint-Präsentation. Näheres zum Spielverlauf finden Sie hier.
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• »Mechanik, Wiederholung«, Petra Spielvogel
  Spielkarten für »(K)ein Tabu«. Näheres zur Spielidee finden Sie hier.
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• »Elektrizitätslehre«, Petra Spielvogel
  Spielkarten für »(K)ein Tabu«. Näheres zur Spielidee finden Sie hier.
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Suchrätsel Physik

In einem großen Quadrat stehen 400 Buchstaben wahllos durcheinander. Bei näherem Hinsehen entdeckt man jedoch eine ganze Reihe von Begriffen aus dem jeweiligen Fachgebiet, die mit Bleistift eingekreist werden müssen. Jeder gefundene Begriff ergibt einen Punkt, rückwärts geschriebene oder gar auf dem Kopf stehende Begriffe werden mit je 5 Punkten belohnt.

• »Wärmelehre«
  23 Begriffe aus dem Bereich der Wärmelehre, Auflösung auf der zweiten Seite. Die gleichen Begriffe gibt’s auch als Zahlenrätsel.
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Tipps Physik

In dieser Abteilung sammele ich Informationen, die mir über den Weg gelaufen sind und die ich für wichtig genug halte, dass ich sie nicht mehr vergessen möchte…

Akkus mit 1,5 Volt

Viele Geräte im Haushalt nutzen AA-Batterien (Mignon, LR6) zur Energieversorgung. Für den dauerhaft sicheren Betrieb hält man immer eine Packung auf Vorrat - leider musste ich fast jedes Jahr unbenutzte Batterien entsorgen, da sie nach zwei-drei Jahren oft leer waren. Wie lange sie vorher beim Händler rumgelegen haben …

Durch NiMH-Akkus spart man sich den Kauf und die Entsorgung vieler Batterien. Die Dinger sind preiswert, recht lange haltbar, lassen sich oft wieder aufladen, haben aber leider einen entscheidenden Nachteil:
Ihre Ausgangsspannung fällt nach der Entnahme aus dem Ladegerät sehr schnell auf 1,2 Volt und dann langsam weiter bis auf ~0,9 Volt. Dect-Telefone z.B. kommen mit dieser geringen Spannung klar, andere Geräte, z.B. der Tibber-Pulse benötigen eine höhere Spannung.

Inzwischen gibt es spezielle Lithium-Ionen-Akkus, die dank eingebauter Elektronik bis zum Entladeschluss eine konstante Ausgangsspannung von 1,5V haben. Der Entladeschluss kommt dann ziemlich abrupt - die Elektronik schaltet die Akkus zum Schutz vor Tiefentladung einfach ab. Die in manchen Geräten enthaltene Ladestandskontrolle, die letztlich auf der langsam abfallenden Spannung einer normalen AA-Batterie beruht, funktioniert bei dieser Akkus nicht.

Ich nutze seit Juni 2024 AA(A)-Akkus der Marken Hixon (blau & rot) und Xtar und habe damit bisher sehr gute Erfahrungen gemacht. Die Hixon-Akkus werden beworben mit einer Kapazität von 3500mWh (entspricht etwa 2300mAh), gemessen habe ich bei meinen blauen etwas mehr als 2300mAh und ~2200mAh bei den roten. Die roten schalten kurz vor Erreichen des Entladeendes (~95%) die Ausgangsspannung auf 1,1 Volt, bevor sie sich bei weiterem Entladen dann ganz abschalten. Bei Fahrradbeleuchtung dürfte diese vorzeitige Spannungsreduzierung vor dem totalen Blackout in der Dunkelheit ziemlich hilfreich sein …

Die Xtar-Akkus werden beworben mit 4150 mWh bzw. 2500 mAh, gemessen habe ich einen dieser AA-Akkus mit ~2450 mAh, meine vier AAA-Akkus von Xtar liegen bei ~750 mAh. Auch diese Akkus schalten die Ausgangsspannung vor dem Entladeschluss (~80%) auf 1,1 Volt. (Für die Kapazitätsmessung sollte man bei diesen AA-Akkus gut 10 Stunden einplanen.)

Geladen werden müssen alle 1,5-Volt-Li-Akkus mit einer Gleichspannung von ~5 Volt, die Ladestromstärke wird durch die eingebaute Elektronik auf ~450 mA begrenzt. Es gibt sehr preiswerte Ladegeräte von Xtar und Hixon, die an einem USB-Anschluss betrieben werden, Lader für andere (3,6V-)Lithium- oder NiMH-Akkus funktionieren nicht und können die Akkus u.U. sogar zerstören. Das nebenstehende Prinzipschaltbild zeigt den Innenaufbau eines solchen Akkus.

Vorteile dieser Akkus
- Konstante Spannung von 1,5 Volt, die bis zum Entladeschluss auch bei Belastung nicht abfällt
- Sicherer Betrieb von Geräten, die sonst nur mit Alkali- oder Lithium-Batterien funktionieren
- Recht kurze Ladezeit (ca. 2-3 Stunden)
- Mehr als 1000 Lade-/Entlade-Zyklen bis 80% Restkapazität (s. Tests unten)
- Schutz vor Tiefentladung
- Kein Memoryeffekt
- Kein Auslaufen wie bei Alkali-Batterien

Nachteile
- Hoher Preis von 4-7 Euro/Stück (Sonderangebote teilweise auch deutlich preiswerter)
- Herkömmliche Batterieladegeräte können nicht verwendet werden.
- kein Hinweis auf nahenden Entladeschluss.
- Der überraschende Entladeschluss kann u.U. (z.B. bei Fahrradbeleuchtung) gefährlich werden.
- Durch den DC/DC-Konverter wird der Akku auch bei Nichtbenutzung langsam entladen.
- Unter bestimmten Umständen**) kann ein solcher Akku tiefentladen und damit zerstört werden.
- Die Ausgangsspannung ist von einem ~1,5 MHz-Signal überlagert, das bei empfindlicher Elektronik zu Störungen (Rauschen) führen kann.

(**)Die eingebaute Elektronik schaltet die Ausgangsspannung bei Erreichen des Entladeendes schlagartig ab. Dadurch erholt sich der eigentliche Lithium-Akku und die Elektronik schaltet die 1,5-Volt-Ausgangsspannung nach wenigen Sekunden wieder an. Lichterketten etc. entladen den Akku dann fleißig weiter, bis er sich wieder abschaltet. Unbeobachtet, z.B. bei Lichterketten oder über den Sommer in einem Heizungsregler, wiederholt sich dieses Spielchen in Schüben immer weiter, bis der Akku letztlich doch tiefentladen und damit zerstört wird.

Eigene Erfahrungen
Ich hatte zwei der Hixon-blau-Akkus in meinem Tibber-Pulse und knapp zehn Wochen lang eine sehr gute Verbindung zur Bridge, bis einer der Akkus entladen war und sich abgeschaltet hat. Andere Tibber-User berichten bzw. beschwerten sich über ähnlich kurze Laufzeiten mit den empfohlenen nicht wiederaufladbaren Lithium-Batterien (ca. 2900 mAh), denn Tibber gibt für den Pulse eigentlich einen Verbrauch von ~1500 mAh/Jahr an.
Nach dem Tausch der Akkus gegen voll geladene (Hixon-rot) war das Pulse-Signal ca. 9-12 dBm schwächer als während der ersten knapp zehn Wochen. Der Rücktausch gegen die beiden ursprünglichen inzwischen wieder aufgeladenen blauen Akkus brachte keine Änderung.
Schwächeres Signal (bei sonst gleichen Bedingungen) lässt eine geringere Sendeleistung vermuten, daher erwartete ich (jetzt wieder mit den roten) eine Laufzeit von mehr als einem Jahr (abzüglich der Selbstentladung durch die Elektronik), bevor die Akkus wieder geladen werden mussten. So lange wollte ich aber nicht warten und habe daher zur Bestätigung meiner Vermutung die Akkus nach knapp zehn Wochen einfach wieder aus dem Pulse genommen und ihre Restladung gemessen.
Diese betrug etwas mehr als 1500mAh (>2200mAh voll) bei einer Entladestromstärke von ~600mA - daraus schließe ich auf eine Restlaufzeit von deutlich mehr als 20 Wochen. Insgesamt würde der Pulse mit voll geladenen Hixon-rot-Akkus dann wohl mindestens neun-zehn Monate funktionieren.
Seit Mitte Oktober 2024 läuft der Pulse tatsächlich problemlos mit zwei Xtar-4150-Zellen und ich bin gespannt, ob sie wirklich ein ganzes Jahr durchhalten.
Ein Hixon-rot-Akku betreibt seit September 2024 zuverlässig eine Junghans DCF-Funkuhr aus dem letzten Jahrtausend. Das durch die Spannungsregelung erzeugte leichte ~70-mV-Rauschen, von dem die 1,5 Volt Ausgangsspannung überlagert ist, stört diese Funkuhr jedenfalls nicht.
Für alle meine 1,5-Volt-Akkus nutze ich inzwischen das neue Ladegeät XTAR VX4, mit dem ich auch ihre Kapazität gemessen habe. Die umfangreiche Anzeige dieses Laders ermöglicht es mir, alle (auch nichtgebrauchte) Akkus in regelmäßigen Abständen (geplant ~9 Monate) auf ca. 80-90% Ihrer Kapazität aufzuladen, was ihrer Haltbarkeit zugute kommen dürfte.

Normale (auch Lithium-) Batterien haben den Nachteil, dass man erst nach der Entladung genau weiß, wie hoch ihre Kapazität war. Ihr Alter und die beworbene Lagerfähigkeit sind oft nicht nachprüfbar. M.E. sind die Hixon- und Xtar-Akkus (andere habe ich nicht getestet) ein sehr guter Ersatz für normale aber auch die teuren Lithium-1,5V-Batterien. Bei letzteren hat man den Mehrpreis der 1,5-Volt-Akkus schon nach etwa fünf Ladezyklen wieder raus - und man kennt ihre Kapazität.

Ausführlicher Test der Hixon-Akkus.
Ausführlicher Test der Xtar-Akkus.

Wegen der scheinbar willkürlichen Leistungssprünge des Pulse-Signals habe ich mich im August 24 an Tibber gewandt. Die Mail wurde seinerzeit an die Technik weitergeleitet, eine Antwort erwarte ich inzwischen nicht mehr.
Bei Amazon findet man zu den Hixon- und Xtar-Akkus (aber auch anderen Marken) überwiegend positive Bewertungen. Eine ganze Reihe der negativen Bewertungen kann man getrost ausblenden, da die Rezensenten sich offensichtlich überhaupt nicht mit der dahinter steckenden Technik beschäftigt haben.
Auf der Seite Akkutests.de erfahren Sie noch viel mehr über diese Akkus.

Lithium-Akkus mit 9 Volt

Auch 9V-Batterien (Block) gibt es schon lange in NiMH-Ausführung. Hier tritt der Nachteil der geringeren Ausgangsspannung gegenüber normalen Batterien gleich sechsfach verstärkt auf:
Sie fällt nach der Entnahme aus dem Ladegerät sehr schnell auf nur 7,2 Volt und dann langsam weiter bis auf ~5,4 Volt. Hinzu kommt eine relativ geringe Kapazität von nur ~200mAh.

Auch hier gibt es spezielle Lithium-Ionen-Akkus als Ersatz. Da eine einzelne Lithium-Zelle eine Ausgangsspannung von 3,6-4,2Volt liefert, muss auch hier für die 9V etwas getrickst werden.

Einige Lithium-Block-Akkus enthalten einfach zwei Lithiumzellen in Reihe geschaltet, was eine Ausgangsspannung von 8,4-7,2 Volt ergibt - gegenüber einem NiMH-Akku eine deutliche Verbesserung. Auch die Kapazität dieser Akkus ist mit ~600mAh deutlich höher als die eines NiMH-Typs.

Andere Lithium-Block-Akkus erzeugen dank eingebauter Elektronik aus einer einzigen Lithiumzelle bis zum Entladeschluss eine konstante Ausgangsspannung von 9V. Der Entladeschluss kommt dann ziemlich abrupt - die Elektronik schaltet die Akkus zum Schutz vor Tiefentladung einfach ab. Man erkennt die geregelten Akkus an der Kapazitätsangabe (1300mAh), die sich auf die verbaute Lithiumzelle bezieht. Als Gesamtpaket liefert der Akku ~400mAh, bis er von der Elektronik abgeschaltet wird.

Vorteile dieser Akkus
- Konstante Spannung von 9,1 Volt, die bis zum Entladeschluss auch bei (moderater) Belastung nicht abfällt
- Recht kurze Ladezeit
- Schutz vor Tiefentladung
- Kein Memoryeffekt
- Kein Auslaufen wie bei Alkali-Batterien

Nachteile
- Hoher Preis von 6-7 Euro/Stück
- kein Hinweis auf nahenden Entladeschluss.
- Durch den DC/DC-Konverter wird der Akku auch bei Nichtbenutzung langsam entladen.
- Die Ausgangsspannung ist von einem ~1,5 MHz-Signal überlagert, das bei empfindlicher Elektronik zu Störungen (Rauschen) führen kann (nicht bei den Akkus mit geringerer Ausgangsspannung).

Eigene Erfahrungen
Mein Peaktech-IR-Thermometer lief viele Jahre mit einer (etwas besseren) 9V-Alkalibatterie, reagierte zuletzt aber sehr träge, weil die Spannung der Batterie inzwischen auf ~7V abgesunken war. Inzwischen treibt ein LCLEBM-1300mAh-Akku mit konstanter Ausgangsspannung von 9,15V das Thermometer und es ist nicht wiederzuerkennen:
Es reagiert jetzt blitzschnell, das Display ist (wieder) sehr kontrastreich und der eingebaute Laserpointer ist wieder richtig hell.

Zwei weitere Akkus betreiben jetzt alte TOP-Craft-Multimeter, die ich schon Jahre nicht mehr benutzt hatte, weil die Batterie immer wieder leer war. Nach knapp vier Monaten war einer der Multikmeter-Akkus entladen, obwohl das Messgerät kaum benutzt worden war. Daraufhin habe ich alle vier Akkus wieder voll geladen.

Wimshurst Generator

Ein Wimshurst Generator (Influenzmaschine) funktioniert im Prinzip wie ein Elektrophor: Eine vorhandene elektrische Ladung induziert in einem elektrisch leitendem Körper eine Ladungsverschiebung (Influenz). Bei verschobener Ladung wird der Körper zerlegt, so dass ein Teil positiv, der andere negativ geladen ist. Die beiden Teile bilden einen Kondensator, dessen Kapazität sich verringert, wenn sie voneinander entfernt werden. Dadurch steigt die Spannung. Beim Elektrophor bildet die Metallplatte zusammen mit der Erdung den leitenden Körper, in dem elektrische Ladungen verschoben werden, wenn er dem Kuchen genähert wird. Unterbricht man die Erdung und hebt die Platte vom Kuchen (dem geladenen Körper), steigt die Spannung der Platte gegenüber der Erde.

Bei der Influenzmaschine bilden die beiden Metallsektoren auf der vorderen Platte, die gerade durch den Neutralisator verbunden sind, den geladenen Körper, die beiden Sektoren auf der hinteren Platte, die sich in dem Augenblick an gleicher Position befinden, induzieren in dem Verbund Sektor-Neutralisator-Sektor auf Vorderplatte die Ladungsverschiebung. Durch die Rotation verliert der Neutralisator den Kontakt zu den beiden Sektoren und die verschobene Ladung wird getrennt und durch die gegenläufige Rotation der anderen Platte werden jeweils zwei Kondensatoren verkleinert und dadurch die Spannung auf den Sektoren erhöht. Entsprechendes passiert gleichzeitig mit dem anderen Neutralisator und den entsprechenden Sektoren. Die Influenzmaschine arbeitet daher sehr effektiv.

Bei den meisten Influenzmaschinen verbinden die Neutralisatoren die entsrechenden Sektoren mit dünnen Metalldrähten, die über die jeweilige Platte schleifen - und da ist das Problem: Ziemlich schnell zeigen sich Rillen in der Plastikscheibe, die nach und nach tiefer werden und die Metallsektoren und damit letztlich die Influenzmaschine zerstören.

Wer noch alte Floppy-Disks besitzt, hat eine gute Alternative zu den Metalldrähten, denn die Floppy-Scheiben aus BO-Pet (Polyethylenterephthalat) sind wesentlich weicher! Im Vergleich mit Metallen ist ihre Leitfähigkeit zwar sehr gering, für diesen Zweck aber völlig ausreichend. Ich habe bei meiner Influenzmaschine die Drähte durch jeweils ein Stück einer alten Floppy-Disk ersetzt, die von einer Klammer mit Magnetscheibe gehalten wird und damit leicht austauschbar ist.

Elektroskop

Erste Experimente im Bereich der Elektrostatik verlaufen in der Regel etwas chaotisch. Papierschnipsel werden mal angezogen, dann wieder abgestoßen - irgendwie scheint da kein System hinter den hektischen Bewegungen zu stecken.
Erst der Einsatz eines Elektroskops bringt etwas Licht in die Sache und ermöglicht genauere Beobachtungen. Das erste Elektroskop war eine einfache drehbar gelagerte Nadel (Versorium) und wurde um 1600 von William Gilbert eingesetzt.
Um 1754 erfand John Canton das »Pith-ball electroscope«, bei dem ein leichtes Kügelchen aus z.B. Holundermark an einem Seidenfaden hängt. Empfindlicher war das Goldblatt-Elektroskop von Abraham Bennet, das 1787 erstmalig erwähnt wurde.

Zahlenrätsel Physik

Zahlenrätsel sind irgendwo verwandt mit Kreuzworträtseln. In jedem Kästchen steht eine Zahl, gleiche Zahlen bedeuten gleiche Buchstaben. Im Gegensatz zu Kreuzworträtseln geht es hier weniger um die Beschreibung von Begriffen als um die Begriffe selbst. Einige Buchstaben werden vorgegeben, der Rest ergibt sich dann praktisch von selbst.
Für die besseren Schüler könnte man die Zusatzaufgabe stellen, aus dem Zahlenrätsel ein Kreuzworträtsel zu machen (d.h. die Umschreibung der Begriffe zusammenzustellen). Oft zeigt es sich dabei, dass so mancher Begriff noch etwas unfertig in ihren Köpfen herumspukt.
Vermutlich ist natürlich genau das Zahlenrätsel, das Sie gerade jetzt im Unterricht gebrauchen könnten, hier noch nicht aufgeführt. Tun Sie doch etwas dagegen! Ich brauche von Ihnen nur eine E-Mail mit den gewünschten Begriffen.

• »Wärmelehre«
  23 Begriffe aus dem Bereich Wärmelehre-I (Wärmeausbreitung, Aggregatzustände etc.). Jedes Arbeitsblatt enthält gleich zwei Rätsel.
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• »Optik-02«
  Über 50 Begriffe aus dem Bereich Optik-I (Lichtquellen, Lichtausbreitung, Reflexion, selbstleuchtend, beleuchtet etc.).
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Versuchsanleitungen Physik

In dieser Abteilung werden Versuche und Hinweise gesammelt. Sie richtet sich an den Mann /die Frau vom Fach. Wer mit den Hinweisen hier nicht zurecht kommt, muss an anderer Stelle Zusatzinformationen einholen.

Der verbogene Wasserstrahl

Dieses Experiment ist vollkommen harmlos und lässt sich auch leicht daheim durchführen. Der Wasserstrahl sollte so dünn wie möglich eingestellt werden, ohne dass er sich in Tröpfchen auflöst, dann ist der Effekt optimal.

Kommt man mit dem geladenen Plastikrohr zu nah an den Strahl, spritzen Wassertröpfchen ans Plastik und die Anziehungskraft lässt natürlich schnell nach.

In dem Fall sollte das Rohr zunächst sorgfältig getrocknet werden, bevor es erneut aufgeladen werden kann.

Die elektrische Frisur

Die Bilder, auf denen einer geladenen Person ›die Haare zu Berge stehen‹, sind sicherlich jedem bekannt, obwohl dieses Experiment nicht ganz ohne ist.

In der Regel stehen einige wenige Haare leicht ab und das war’s. Oder man ist an einen großen Bandgenerator angeschlossen und riskiert einen eher unangenehmen elektrischen Schlag.

Um den Effekt wie im Foto zu erzielen, muss die Person überhaupt nicht besonders stark aufgeladen werden. Der Trick ist, das mit einem Plastikrohr die Haare der aufgeladenen Person heftig massiert werden und sich dadurch ebenfalls aufladen. Erst dann stehen sie so deutlich ab, ohne dass man mit ungewöhnlich hoher Spannung arbeiten muss.

Je nachdem an welchem Pol der Influenzmaschine die Person angeschlossen ist, hilft ein Plexiglas- oder ein PVC-Rohr.

Vorsicht übrigens beim Aufnehmen von Handyfotos von geladenen Personen - Handys mögen keine hohen Spannungen!

Der elektrische Distelsamen

Auf den Seiten der Otto-von-Guericke-Stiftung findet man ein Video, in dem eine Flaumfeder mithilfe einer aufgeladenen Schwefelkugel zum Schweben gebracht wird. Das Experiment gelingt im Video zwar gut, aber das Balancieren der Flaumfeder ist offensichtlich nicht trivial.

Mir ist in meiner Schulzeit in einer ziemlich langweiligen Lateinstunde ein Distelsamen auf den Tisch geschwebt und hat die Stunde dadurch mächtig aufgewertet. Er ließ sich nämlich mit meinem Plastiklineal, das ich durch Reiben an meinen Haaren aufgeladen hatte, perfekt anziehen und wurde zu meiner großen Verblüffung nach kurzer Zeit wieder abgestoßen. Danach ließ sich mit dem Lineal ganz leicht in der Schwebe halten.

Inzwischen sammle ich jedes Jahr im Juli/August einige Tüten voll Distelsamen und lasse bei jeder Gelegenheit Kinder damit den ›Schwebezauber‹ üben.

Wenn die Bedingungen stimmen, schwebt der Distelsamen bis zu einem Meter gemächlich über dem geladenen Plastikrohr und lässt sich leicht an jeden gewünschten Ort im Raum verschieben. Bewegt man das Rohr ein Stück nach oben, steigt der Distelsamen sofort um die gleiche Strecke höher, lässt man das Rohr sinken, bewegt sich der Distelsamen entsprechend ein Stück abwärts.

Ganz offensichtlich ist irgendetwas zwischen den beiden, das den Distelsamen davon abhält, auf das Rohr zu fallen.

Gute Kandidaten für ›den Zauberstab‹ sind Stücke von einem PVC-Rohr und/oder aus Plexiglas. Das passende Reibzeug muss durch Ausprobieren gefunden werden. Frisch gewaschene und trockene Stücke von abgelegter Kleidung gehen besser (und länger) als Papiertaschentücher.

Das Rohr sollte anfangs heftig mit dem Tuch gerieben werden bis man eine leichte Erwärmung spürt. Zum Schluss sollte es mit einer schnellen Bewegung aus dem fest zusammen gedrückten Tuch heraus gezogen werden.

Bringt man nun einen Distelsamen in die Nähe der Spitze, wird dieser stark angezogen.

Nach kurzer Zeit geht etwas Ladung auf den Samen über (er beginnt sich zu ›sträuben‹). Dann braucht es i.d.R. nur einen kleinen Ruck und der Samen löst sich vom Rohr und schwebt davon.

Wenn man das Rohr kurz vorher leicht nach oben in den freien Raum vor sich gehalten hat, gelingt es leicht, den Distelsamen mit dem geladenen Rohr zu ›unterstützen‹ und minutenlang in der Schwebe zu halten.
Selbst Anfängern gelingt es, den Distelsamen direkt auf der Nase einer anderen Person landen zu lassen.

Das Experiment gelingt ziemlich sicher - außer es ist heiß und schwül, dann kann man es vergessen.

Ich feuchte den Distelsamen immer durch mehrfaches Anhauchen leicht an, dann erfolgt die Abstoßung nach wenigen Sekunden. Ist der Samen extrem trocken, dauert es bis zu einer Minute, bis er sich am Plastikrohr genügend aufgeladen hat, um abgestoßen zu werden. Man erkennt seine Ladezustand leicht an den sich immer mehr sträubenden feinen Härchen.

Sicherheitsaspekte beim Betrieb eines Bandgenerators

Bei der Internetrecherche während des Baus eines eigenen Bandgenerators (der übrigens nie fertig geworden ist) mit einer 30 cm-Kugel bin ich über einige Dinge gestolpert, die ich bei der Planung des Gerätes nicht bedacht habe.

Kapazität, Spannung und Energie
Einfache Reibungselektrisiermaschinen erzeugen hohe Spannungen, indem sie durch Reibung bzw. Berührung auf einer Scheibe oder Kugel aus sehr gut isolierendem Material Ladung generieren, die auf einer ebenfalls isoliert angebrachten Metallkugel gesammelt wird. Diese Geräte kommen im Betrieb schnell an ihre Grenzen, da es immer schwieriger wird, noch mehr Ladung auf die Metallkugel aufzubringen, je höher die bereits erzeugte Spannung ist.
Im Prinzip funktioniert ein selbsterregter Bandgenerator nach der gleichen Methode. Der geniale Trick ist, dass die Ladung nicht von außen zugeführt wird, sondern vom Inneren der Kugel. Wie schon Michael Faraday herausgefunden hat, ist das Innere der Kugel praktisch immer feldfrei, da dort aufgebrachte Ladungen sofort nach außen abfließen, wo sie zur Erhöhung der Spannung beitragen.
Theoretisch kann auf diese Weise immer mehr Ladung zugeführt werden und die Spannung auf der Außenseite kann ins Unermessliche steigen.
Praktisch treten allerdings schon ein paar Grenzen auf, die letztlich mit der Durchschlagsfestigkeit der Luft, dem Kugelradius und dem Abstand der Kugel zur Erde bzw. dem nächsten leitenden Gegenstand zusammen hängen.
Eine Kugel mit einem Durchmeser von 20 cm kann z.B. nicht höher als etwa 300kV geladen werden, spätestens dann kommt es zu Koronaentladungen oder sogar zu einem Funken, wodurch die Ladung wieder reduziert wird. In der Praxis liegt dieser Wert deutlich niedriger, aber bei extrem trockener Luft kommt man ihm schon sehr nahe.
Die 20 cm-Kugel hat eine Kapazität von etwa 11pF, was bei Höchstspannung einer gespeicherten Energie von ca. 500mJ entspricht. Ein elektrischer Schlag mit dieser Energie ist für einen gesunden Menschen zwar nicht gefährlich, aber doch ziemlich schmerzhaft.
Da aus verständlichen Gründen keine Messreihen durchgeführt werden, ab welcher Energie ein Funke körperlichen Schaden anrichtet, hat man nach Berichten über Fälle von Bewusstlosigkeit und Lähmungen, die bei Überschlägen mit ca. 10J aufgetreten sind, eine Grenze von 1J gesetzt. Eine elektrische Entladung mit dieser Energie gilt für einen gesunden Menschen als sicher noch nicht gesundheitsgefährdend.

Eine Kugel mit einem Durchmesser von 30 cm kann man bei idealen Bedingungen auf eine Maximalspannung von 450kV aufladen. Bei einer Kapazität von ca. 16pF entspricht das einer Energie von etwa 1,7J. Dieser Wert liegt schon deutlich über der als sicher anerkannten Grenze von 1J.

Aus diesen theoretischen Überlegungen leiten sich einige ganz praktische Sicherheitsregeln ab, die im Umgang mit einem Bandgenerator dieser Größe gelten sollten:

• Blitzentladungen sollten niemals direkt in den Körper erfolgen.
  

• die Kugel sollte bei ausgeschaltetem Motor mit einem geerdeten Kabel entladen werden, bevor sie berührt wird.
  

• Geladene Personen (Haarexperiment) sollten über einen sehr hochohmigen Gegenstand entladen werden. Alternativ kann die Entladung auch über eine Nadel oder Zirkelspitze erfolgen, die eine geerdete Person mit der Spitze voran dem geladenen Probanden langsam nähert.
  
  
  
  

Seifenblasen-Battle

Die mit einem herkömmlichen Pustefix-Ring erzeugten Seifenblasen eignen sich hervorragend dazu, den Verlauf eines elektrischen Feldes zu visualisieren. Je größer der zur Verfügung stehende Raum ist, desto besser klappt dieses Experiment.

Zwei Personen stellen sich dazu im Abstand von >= 2m auf Isolierschemel (Bierkasten, Styroporblöcke) und werden mit den beiden Polen einer Wimshurst-Influenzmaschine verbunden. Dazu wird einfach der Stecker eines Laborkabels jeweils in den Hosenbund gesteckt, das andere Ende kann mit Krokodilklemme o.ä. an einem Pol der Maschine befestigt werden. Wichtig ist, dass die beiden Kabel den Boden nicht berühren.

Der Platz in unserem Physikraum war leider nicht groß genug, um genügend Abstand zwischen den beiden Personen einzuhalten. Optimal läuft es, wenn sich das Opfer leicht vorbeugt, denn dann fliegen die meisen Seifenblasen ihm direkt ins Gesicht, nachdem sie vorher wie eine Meute Jagdflieger ausgeschwärmt sind.

Das Opfer kann sich vor der Seifenblasenattacke leicht schützen, indem es einfach eine Hand mit ausgestrecktem Zeigefinger vor sich hält. Dann werden die Seifenblasen dort hin gelenkt und teilweise am Zeigefinger umgeladen, woraufhin sie sogar teilweise zurück fliegen.

Da bei diesem Experiment Funkenschlag unerwünscht ist, werden die beiden Pole des Generators maximal voneinander getrennt, eventuell verbaute Leidener Flaschen werden entfernt oder deaktiviert.

Der elektrische Kuss

Wer sich etwas intensiver mit der Geschichte der Elektrizität beschäftigt, stolpert irgendwann unweigerlich über den ›elektrischen Kuss‹. Ich persönlich möchte keinen Funken in meine Lippen einschlagen lassen und würde das auch keinem anderen zumuten, daher habe ich das Originalexperiment leicht abgewandelt.

Die beiden Personen stellen sich dazu so auf Isolierschemel, dass sie sich beim leichten Vorbeugen mit den Nasen berühren können. Beide werden mit den Polen einer Influenzmaschine verbunden (es genügt, das Kabel in die Hand zu nehmen oder einfach einen Finger auf einen der Pole der Maschine zu legen).

Zunächst stehen beide gerade und warten, bis sich eine genügend hohe Spannung aufgebaut hat (die Influenzmaschine muss knistern).
Dann beugen sich beide leicht vor und bewegen ihre Nasen langsam aufeinander zu. Kurz bevor der Funke überspringt, bemerkt man ein starkes Kribbeln in der Nasenspitze.

Man kann auch einer Person einen Funken ›aus der Nase ziehen‹, sollte dabei aber darauf achten, dass man den Funken nicht in die Fingerspitzen bekommt (ziemlich schmerzhaft). Man sollte eher mit der aktiven Hand an der Nasenspitze langsam ›anklopfen‹.

Eventuell verbaute Leidener Flaschen werden entfernt oder deaktiviert.
Das Foto stammt aus einem kurzen Video, in dem die beiden jungen Damen sich gleich zwei Nasenfunken ›abholen‹. Nach dem ersten Funken gehen die Nasen natürlich auseinander, dann wird gelacht und die Sache wird eifrig wiederholt.

Das menschliche Feuerzeug

Wenn ein Funke stark genug ist, lässt sich damit ein (Benzin-)Feuer entzünden. Ein (kleiner) Spritzer Feuerzeugbenzin auf einem Blechdeckel, der von einer Person auf der flachen Hand gehalten wird, genügt. Durch die Körperwärme verdunstet das Benzin und es bilden sich dadurch entzündbare Gase über dem Blech. Sicherheitshalber wird der Funke nicht mit den Fingern erzeugt sondern mit einem runden Metallgegenstand. Um einen ordentlichen Funken zu erhalten, sollte dieser Gegenstand möglichst glatt sein. Mit den Fingern ist der Funke nicht immer stark genug und die Halbkugel gibt dem ›Zünder‹ zusätzlich genügend Zeit, die Hand wegzuziehen, wenn das Benzin brennt.

Sicherheitshalber sollten vorher einige ›Trockenübungen‹ stattfinden, wie und wo das Blech abzulegen ist, wenn es denn brennt.

Eventuell verbaute Leidener Flaschen werden entfernt oder deaktiviert.

Radioaktiver Luftballon

Die Zerfallsprodukte des überall in der Luft vorhandenen Radons werden zum Nachweis im Unterricht üblicherweise mit einem elektrisch geladenen Draht eingesammelt, den man nach einiger Zeit mit Papier abstreift. Sehr eindrucksvoll gelingt dieser Nachweis der natürlichen Radioaktivität auch mit einem einfachen Luftballon!
Der Ballon wird so prall wie möglich aufgeblasen (große Oberfläche), an einem Bindfaden befestigt, mit geeignetem Reibzeug (Wolle) möglichst stark elektrisch negativ geladen und schließlich so aufgehängt, dass er sich nicht zu schnell wieder entladen kann. Nach ein paar Minuten kann man die Luft aus dem Ballon ablassen und mit einem Geigerzähler die erhöhte Radioaktivität der Hülle nachweisen. Im Vergleich mit einem unbehandelten Ballon konnten bis zu achtfach höhere Zählraten gemessen werden. Lange ›Sammelzeiten‹ waren dabei nicht so effektiv wie möglichst starke Aufladung des Ballons.

Rundfunk wie bei Marconi

Den meisten Menschen ist die eigentliche Bedeutung des Wortes ›Rundfunk‹ nicht mehr gegenwärtig. Handys, Radio und Fernsehen gehören heute wie selbstverständlich zum täglichen Leben. Dabei ist es gerade mal etwas mehr als 100 Jahre her, dass Guglielmo Marconi die ›Hertzschen Wellen‹, die durch einen elektrischen Funken erzeugt wurden, über mehr als 1km Entfernung zum drahtlosen Transport von Morsezeichen benutzen konnte.
Zum Empfang benutzte Marconi seinerzeit einen Fritter oder Kohärer, ein Glasröhrchen, das mit Feilspänen aus Silber oder Nickel gefüllt war. Wurde dieses Röhrchen starken elektromagnetischen Wellen ausgesetzt, verringerte sich der Widerstand zwischen den beiden ins Glas eingeschmolzenen Kontakten. Nach kurzer Erschütterung war der Fritter wieder empfangsbereit.
Mit unglaublich einfachen Mitteln lassen sich diese faszinierenden Experimente Marconis im Klassenraum wiederholen. Mit einem Selbstbau-Fritter lassen sich die von einem Funken oder Hochspannungslichtbogen erzeugten elektromagnetischen Wellen leicht in mehreren Metern Entfernung nachweisen.

Fritter - I
Ein Reststück Plexiglas (12x12x40mm³) wurde längs durchbohrt und an den beiden Enden mit einem M6-Gewinde versehen. In die beiden Gewinde wurden zwei Schrauben gedreht, im Zwischenraum zwischen den beiden Schrauben liegen etwa 20mm³ frisch gefeilte Eisenspäne.
Das war’s auch schon! Die Idee stammt von Homemade Coherer, wo Sie noch weitere selbstgebaute Fritter finden.
http://www.sparkbangbuzz.com/els/coherer-el.htm

Fritter - II
Auf ein Stück Restholz wurden zwei Aluminiumröhrchen vom Schrott im Abstand von einigen Zentimetern parallel mit ein paar Nägeln fixiert. Auf die beiden Röhrchen wurde ein drittes Röhrchen gelegt - fertig!
Die Idee habe ich vom http://lehrerfortbildung-bw.de -Server, die Abteilung selbst gibt es wohl nicht mehr.

Mit dem Eisenpulver-Fritter konnte ich Funkwellen über 3-4 Meter nachweisen, mit der Konstruktion aus Aluminiumröhrchen gelang dies wesentlich eindrucksvoller über Entfernungen von bis zu 20 Metern (durch eine Betonwand). Nach 20 Metern mussten wir aufhören, weil der fahrbare Wagen mit dem Empfänger nicht weiter konnte.

Ganz entscheidend waren bei allen Versuchen zwei Dinge:

1. Sowohl Sender als auch Empfänger müssen eine Antenne (Dipol) haben.
   

2. Die Betriebsspannung des Fritters darf 1V nicht (wesentlich) übersteigen. Versuche mit 6V und einem Glühlämpchen als Anzeige funktionierten selbst dann nicht, wenn der Funkensender den Fritter fast berührte.
   

Als Funkensender diente ein PHYWE Transformator mit 600 Wdg. primär und 12.000 Wdg. auf der Sekundärseite. Als ›Unterbrecherkontakt‹ für den Primärstrom (10-12V=) wurde ein Taster missbraucht. Die Funkenstrecke, zwei aus Edelstahl gedrückte Halbkugeln vom Schrott, wurde mit Krokodilklemmen an der Sekundärspule befestigt.
Die Funkenlänge betrug 3-4mm. Einfache Laborkabel (1m) mit Krokoklemmen bildeten die Dipole für Sender und Empfänger.
Einen (wahrscheinlich) besseren Funkensender findet man auf http://www.infogr.ch/roehren/zuendspule/default.htm. Als Anzeige lässt sich im Empfänger entweder ein Messgerät (1mA) mit Vorwiderstand oder eine kleine Schaltung mit zwei npn-Transistoren, ein paar Widerständen und einer Leuchtdiode verwenden. Einen entsprechenden Schaltplan und ein Platinenlayout finden Sie hier:
PDF-Datei

Noch größere Reichweiten ergaben sich, wenn die Primärspule mit Netzspannung betrieben wurde und anstelle des Funkens ein Hochspannungslichtbogen entstand. Hier sprach der Empfänger in einem Abstand von fast 20 Meter selbst dann noch sicher an, wenn die Funkwellen durch eine Schülerkette und eine Betonwand gedämpft wurden.
Große Vorsicht ist hierbei allerdings geboten, denn an der gesamten Sendeantenne liegt mit 5000-10000 Volt eine absolut lebensgefährliche Spannung an.

Ebenfalls recht beeindruckend fanden die Schüler den Funkensender, der nur aus dem Innenleben eines Feuerzeugs vom Discounter und einem Stück Klingeldraht (50 cm) bestand. Jedesmal wenn aus dem Piezokristall ein Funken an das Ende des Drahtes sprang, sprach der Aluminium-Fritter sicher an. Die Reichweite des Feuerzeug-Senders betrug erstaunliche 6 Meter.
Wenn mehrere dieser Sender im Einsatz waren, konnten die Schüler selbst eindrucksvoll das Problem der Überlagerung von Funkwellen verschiedener Sender erleben.

Auch mit dem Elektrophor (s.u.) ließ sich der Fritterempfänger auslösen. Obwohl der Kuchen nicht besonders stark aufgeladen wurde und die Funken kaum länger als etwa 1 cm waren, ging die Leuchtdiode des Aluröhrenempfängers jedesmal an. Die Reichweite entsprach etwa der des Feuerzeug-Senders.

Elektrophor als Mini-Influenzmaschine

Aus zwei Metallplatten und einem Stück Plastik lässt sich eine verblüffend starke Elektrisiermaschine herstellen: ein Elektrophor.
Auf die erste, geerdete Metallplatte wird die Plastikscheibe (der Kuchen) gelegt und durch heftiges Reiben mit geeignetem Material elektrisch aufgeladen. Die zweite Metallplatte wird mittels eines daran befestigten isolierenden Griffs auf die Plastikscheibe gelegt und während des Auflegens mit dem Finger berührt. Wenn die obere Platte auf dem Plastik liegt, kann man den Finger wegnehmen.
Hebt man die obere Metallplatte am isolierenden Griff schnell senkrecht hoch, ist sie plötzlich sehr stark elektrisch geladen und man kann einen beeindruckenden Funken aus ihr ziehen.

Das Auflegen (mit Berühren) und anschließende Wegnehmen lässt sich nahezu beliebig oft wiederholen. Alessandro Volta nannte es daher elettroforo perpetuo. Aus einer Platte mit 40 cm Durchmesser lassen sich leicht Funken von mehreren Zentimetern Länge ziehen.

Punkte, die beachtet werden sollten:

• Der Elektrophor erzeugt nur dann beeindruckende Funken, wenn das Plastik stark elektrisch aufgeladen wurde. Man kann die Ladung direkt nach dem Reiben deutlich spüren, wenn man sich mit dem Gesicht der Plastikscheibe langsam nähert. Es muss nicht nur an der Nase ›kribbeln‹.
  

• Metallplatte und Plastikplatte sollten möglichst plan sein.
  

• Man kann die obere Platte auch nach dem Auflegen berühren, erhält dann aber jedesmal einen mehr oder weniger starken elektrischen Schlag.
  

• Der ›isolierende Griff‹ kann z.B. aus drei Nylonfäden bestehen, die am Rand der oberen Platte befestigt werden. Besser ist allerdings ein PVC-Stab oder -rohr, das in einer mit einem Loch versehenen Scheibe steckt, die auf der Platte angeklebt wurde.
  

• Die obere Platte sollte keine scharfen Kanten oder Ecken haben, da an solchen Stellen leicht Koronaverluste auftreten können. Gut geeignet sind Serviertabletts.
  

• Handys, MP3-Player und andere elektronische Geräte sollten bei Experimenten mit dem Elektrophor nicht in der Nähe sein, da sie schlagartig ihr Leben aushauchen könnten.
  
  

Wie funktioniert’s?
Beim Auflegen der oberen Metallplatte auf das geladene Plastik erfolgt in der Metallplatte durch Influenz eine vertikale Ladungstrennung.
Angenommen, die Plastikscheibe ist positiv geladen (z.B. Plexiglas mit Wolle gerieben). Dann bewegen sich die freien Elektronen in der Platte mit Griff um so mehr nach unten, je näher die Platte dem Kuchen kommt. Die Metallplatte ist dann oben positiv und unten negativ geladen.

Würde man sie direkt wieder wegnehmen, würden sich die unten versammelten Elektronen einfach wieder gleichmäßig im Metall verteilen und die Platte bleibt ungeladen.
Berührt man aber die obere Platte mit dem Finger (oder erdet sie sonst irgendwie) von oben, während in ihr die Ladungen noch getrennt sind, können dadurch Elektronen nachfließen und die durch Ladungstrennung erzeugte positive Ladung ausgleichen (sichtbarer Funke). Danach befinden sich sehr viel mehr Elektronen in der Platte als vorher, werden durch die elektrische Anziehung des positiv geladenen Kuchens aber gebunden, d.h. die obere Platte erscheint nach außen ungeladen.
Nimmt man jetzt den Finger weg, versperrt man den überschüssigen Elektronen den Rückweg, den diese sofort nehmen würden, würde man die Platte wieder vom Kuchen entfernen. Ohne den Einfluss der positiven Ladung des Kuchens erscheint die Platte negativ geladen.

Jetzt kommt die geerdete (untere) Platte ins Spiel. Ohne sie wäre die Ladung der oberen Platte ziemlich schwach und eine Funkenentladung eher unspektakulär. Bei der Mehrzahl der Beschreibungen des Elektrophors im Netz findet man diesen (wichtigen!) Teil leider nicht.
Beide Platten zusammen mit dem Plastik dazwischen bilden nämlich einen Kondensator mit beachtlicher Kapazität, so dass beim Annähern mit Berührung sehr viel mehr Elektronen in die obere Platte strömen, als wenn die Platte einfach nur einem geladenen Körper genähert würde.
Wenn die obere Platte dieses Kondensators von der unteren entfernt wird, verringert sich seine Kapazität. Bei gleich bleibender Ladung auf der oberen Platte führt das automatisch zu einer Vergrößerung der Spannung zwischen beiden Platten. Das elektrische Feld um die obere Platte wird dabei so stark, dass durch Koronaentladungen ein hörbares Knistern entsteht.

Tipp: Berührt man die Metallplatte vor dem Absenken(!) mit dem Finger und lässt erst wieder los, wenn sie auf dem Kuchen aufgesetzt hat, erfolgt der Ladungsausgleich langsam und unspürbar. Berührt man sie zu spät, kann der Schlag unangenehmen stark ausfallen. (Es soll Kollegen geben, die die obere Platte beim Absenken heimlich berühren und dann noch einmal demonstrativ mit der anderen Hand nach dem Absenken. Wenn die Schüler das dann nachmachen und die heimliche Berührung nicht mitbekommen haben, …)

Automatischer Elektrophor
Das Ableiten einer der beiden durch Influenz getrennten Teilladungen kann automatisch erfolgen, wenn man in die Plastikscheibe ein Loch bohrt und dieses mit einem genau passenden Metallstift wieder verschließt. Beim Aufsetzen der oberen Scheibe wird diese durch den Stift leitend mit der unteren Scheibe verbunden, was automatisch den gewünschten Effekt hervorruft.
Noch leichter lässt sich dieser Automatismus erreichen, wenn man einfach einen Streifen Alufolie so ›um die Kante‹ der Plastikscheibe klebt, dass er oben und unten jeweils etwa 2 cm in die Platte hineinreicht.
Für Schülerexperimente empfehle ich aber den manuellen Elektrophor. Bei der Benutzung muss die Anleitung genau befolgt werden und jedem wird schlagartig klar, wie die Ladung in die obere Platte hinein kommt, wenn er sie erst nach dem Aufsetzen berührt …

Ein interessanter Bauvorschlag, dem man sicherlich gute Anregungen für Nachbauten entnehmen kann, findet sich unter
https://turbine3.wordpress.com/2011/06/06/blitze-mit-der-bratpfanne/

Leidener Flasche als Elektrischer Speicher

Entdeckt wurde dieser erste Kondensator unabhängig voneinander 1745 von Ewald Georg von Kleist und 1746 von dem Niederländer Pieter van Musschenbroek in der Stadt Leiden. Beide hatten versucht, das ‚elektrische Fluidum‘ in ein mit Wasser gefülltes Glasgefäß zu leiten und dabei einen unerwartet starken elektrischen Schlag erhalten.
Eine Leidener Flasche besteht i.d.R. aus einem isolierenden Gefäß aus Glas oder Plastik, das außen mit einer leitfähigen Substanz belegt ist. Heute wird dazu meistens Alufolie verwendet. Innen kann sie mit Wasser gefüllt werden - es reicht aber auch eine zweite leitende Schicht aus Metall auf der Innenseite.
Interessante Anleitungen zum Selbstbau findet man bei YouTube .