4.1.3 Verschiedene Arten zur Bereitstellung von Elektrizität erklären und deren Eigenschaften benennen
Unterrichtsmaterial zum Lernziel: Die Maturandinnen und Maturanden können verschiedene Arten zur Bereitstellung von Elektrizität erklären und deren Eigenschaften benennen.
⚠ Neu versucht die KI ungefähr das Niveau zu ermitteln. Bitte helfen Sie, indem Sie die Gewichtung der Kriterien mitbewerten! Generelles Feedback gern an marc@eduskript.org.
Linearbeschleuniger (Wideröe) – Funktionsprinzip, Berechnung und Simulation
Ausführliche, verständliche Erklärung des Hochfrequenz-Linearbeschleunigers mit anschaulicher Beschreibung des Funktionsprinzips, einer eingebetteten interaktiven Simulation und medizinischen Anwendungen. Die Herleitungen (nichtrelativistisch und relativistisch) sind sauber formuliert; Übungen mit Lösungen fehlen allerdings.
Simulation: Generator (Wechsel- und Gleichstromgenerator)
Interaktive HTML5-Simulation von Walter Fendt, die einen Generator als rotierende Leiterschleife im Hufeisenmagneten zeigt. Per Radiobutton, Schieberegler und Pause-Funktion lassen sich Aufbau (mit/ohne Kommutator), Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit erkunden; begleitende Aufgaben lenken die Beobachtung auf die Abhängigkeit der induzierten Spannung.
Wechsel- und Gleichstromgenerator (Simulation)
Interaktive Simulation einer rotierenden Leiterschleife im Hufeisenmagnetfeld, die die induzierte Spannung und Stromrichtung zeigt. Umschaltbar zwischen Wechselstrom- und Gleichstromgenerator (mit Kommutator), mit Reglern für Drehrichtung und Geschwindigkeit.
Gleichrichterwirkung einer Vakuumdiode – Versuch mit Dreiecksglimmlampe
Versuchsanleitung zum Nachweis der Gleichrichterwirkung einer Röhrendiode: Eine Dreiecksglimmlampe wird über einen Transformator mit sinusförmiger Wechselspannung betrieben, wobei im Vorversuch abwechselndes Aufleuchten beider Elektroden beobachtet wird. Mit geschalteter Diode leuchtet nur noch eine Elektrode während einer Halbperiode, was die Gleichrichterwirkung demonstriert.
Neuburg: Drei Tage als Energiemanager
Die Lernenden übernehmen die Rolle der Energieverantwortlichen der fiktiven Stadt Neuburg (100'000 Einwohner) und müssen über drei Tage die Stromversorgung mit Wasserkraft, Wind, PV, Speicher und Gaskraftwerk sicherstellen. Das Szenario verlangt Leistungsbilanzen, den Umgang mit wetterabhängigen Erzeugern und eine sinnvolle Speicherstrategie. Es ist ein rollenspielartiges Planszenario mit starkem Bezug zur Energiewende, das von den Lernenden eigenständige Abschätzungen des Stadtverbrauchs verlangt.
Simulation: Wechselstrom- und Gleichstromgenerator
Interaktive HTML5-Simulation einer rotierenden Leiterschleife im Hufeisenmagneten, umschaltbar zwischen Wechselstrom- (ohne Kommutator) und Gleichstromgenerator (mit Kommutator). Drehgeschwindigkeit, Drehrichtung und Pause sind einstellbar; induzierte Stromrichtung und Feldlinien werden farbig und pfeilbasiert dargestellt. Die Simulation ist didaktisch reduziert und eignet sich zum explorativen Erkunden der elektromagnetischen Induktion, enthält aber keinen erklärenden Text, keine Aufgaben und keine Lösungen.
LEIFI Physik: Elektrischer Strom – Grundwissen, Kennlinien und Aufgaben
Kompakte Grundwissen-Seite zum elektrischen Strom mit den zentralen Formeln (Ohmsches Gesetz, Kennlinien, spezifischer Widerstand, Innenwiderstand) sowie Übungsaufgaben mit Musterlösungen und Quizzen. Die Darstellung ist schülerfreundlich und praxisnah, bleibt aber weitgehend beim Zusammenfassen von Ergebnissen ohne ausführliche Erklärungen oder Beispiele im Text selbst.
Otto Hahn: Vom Radiochemiker zur Entdeckung der Kernspaltung
Eine ausführliche Biographie Otto Hahns mit Schwerpunkt auf der Radiochemie und der Entdeckung der Kernspaltung 1938. Der Text erläutert historische Versuchsanordnungen wie die fraktionierte Kristallisation und die Suche nach den Transuranen. Er ist primär lesender Text ohne Aufgaben oder interaktive Elemente, verknüpft jedoch die Kernphysik anschaulich mit wissenschaftsgeschichtlichem und zeitgeschichtlichem Kontext.
Leitwert, elektrische Leitfähigkeit und Anwendungen (Körperfettwaage, Wasserqualität)
Das Material erklärt Leitwert G, spezifischen Widerstand ρ und elektrische Leitfähigkeit κ mit Formeln und Einheiten, dazu zwei Rechenaufgaben (Einheitenumrechnung, Tabelle ausfüllen) ohne Lösungen. Anwendungsbeispiele wie Leitfähigkeit von Gewässern und die Körperfettwaage zeigen den Bezug zur Lebenswelt. Solides, leicht zugängliches Material mit Alltagsbezug, aber ohne Lösungen und vertiefende Übungen.
Dosenbatterie – Aluminium-Luft-Batterie selbst bauen
Experimentieranleitung zum Bau einer funktionierenden Aluminium-Luft-Batterie aus einer Getränkedose, einer Kohleelektrode und Salzwasser, die einen kleinen Motor antreibt. Inklusive Reaktionsgleichungen und einer Transferaufgabe. Die Abschnitte zur Beobachtung sind leer, Lösungen fehlen.
Einfache Stromkreise selbst erkunden – Versuche mit Lämpchen, Schaltern und leitender Knete
Eine umfangreiche Sammlung hands-on Experimente zur Elektrizitätslehre: Stromkreise, Reihen- und Parallelschaltung, Leiter/Isolatoren, Fahrradbeleuchtung und eine Kochanleitung für leitende und nichtleitende Knete mit eigenen Versuchsideen. Stark explorativ und spielerisch, aber ohne Erklärtexte und ohne Lösungen.
Auswirkungen von radioaktiver Strahlung auf Flora & Fauna
Eine Schülerarbeit (Projekt/Referat) über die Folgen von Tschernobyl und Fukushima, mit Erklärungen zu Becquerel, Sievert, Strahlenarten und Nahrungskette. Enthält zahlreiche Fakten und Beispiele, aber fachliche Fehler (z.B. Cs/Strontium-Verwechslung) und keine Aufgabenteile.
Skript GF5: Ströme und Magnete (Elektrizität und Magnetismus)
Umfangreiches Skript für das Grundlagenfach Physik (GF 5) zu Elektrostatik, Magnetismus und Stromkreisen mit historischem Einstieg, Merkkästen, Demonstrations-Experimenten und zahlreichen Übungsaufgaben (inkl. Lösungsverweis). Die Aufgaben reichen von Routineanwendungen des Coulombgesetzes bis zu originellen Knobelaufgaben (z.B. Mond mit 1000 kg Elektronen zu wenig, Millikan-Tröpfchen).
Energieübertragung über eine 110-km-Fernleitung — Aufgabe mit vollständiger Lösung
Aufgabenblatt mit ausgearbeiteter Lösung zur Übertragung elektrischer Energie über eine lange Kupferleitung, inklusive Wirkungsgradvergleich mit und ohne Hochtransformation. Die Aufgaben sind mit Kontrollergebnis versehen und die Lösung zeigt den eindrücklichen Sprung vom 39%-igen zum nahezu verlustfreien Wirkungsgrad. Formal sauber, aber ohne einleitende Erklärung oder Selbstcheck; die Widerstandstransformation ist anspruchsvoll.
Gleichrichterwirkung einer Vakuumdiode – Schulversuch
Eine Versuchsanleitung zur Gleichrichterwirkung der Vakuumdiode: Mit niederfrequenter Wechselspannung an der Anode wird gezeigt, dass Strom nur bei positiver Polung fliesst. Der Aufbau, die Beobachtung und die Deutung über die Raumladungswolke werden beschrieben, zusätzlich eine Variante mit Messwerterfassungssystem sowie der technische Bezug zum Gleichrichten von Wechselspannung.
Quiz zur Fernübertragung von elektrischer Energie (LEIFIphysik)
Ein Quiz von LEIFIphysik zur Fernübertragung elektrischer Energie im Kontext von Induktion, Generator und Transformator. Es fragt das Grundwissen zur Hochspannungsübertragung (u.a. Verlustleistung) ab und enthält eine einblendbare Lösung. Auf derselben Seite verlinkte Nachbaraufgaben behandeln die Verlustleistung in der Hochspannungsleitung rechnerisch.
Galvani und die zuckenden Froschschenkel
Anschaulich erzählter, historisch fundierter Text über Galvanis Zufallsentdeckung, seine systematischen Experimente mit Froschschenkeln und die Entdeckung des galvanischen Elements. Der Text zeigt exemplarisch den naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg vom Zufallsphänomen über systematisches Beobachten zur Fehldeutung und schliesslichen Aufklärung durch Volta. Es fehlen jedoch Aufgaben, Selbstkontrollfragen oder ein erkundender Zugang für die Lernenden.
Die Glühlampe: Aufbau, Durchbrennen und Halogentechnik
Ein ausführlicher fachlicher Sachtext zum Aufbau der Glühlampe, zum Durchbrennen der Glühwendel, zur Schutzwirkung der Gasfüllung und zum Halogen-Kreisprozess. Enthält eine Verständnisaufgabe zum Diagramm der Lebensdauer in Abhängigkeit von der Betriebsspannung, aber keine Lösungen. Solide erklärt, aber eher traditionell-präsentierend.
Silizium-Solarzellen – Animation zum Elektron-Loch-Paar
Kurze Animation, die visualisiert, wie Photonen in einer Silizium-Solarzelle Elektron-Loch-Paare auslösen und dadurch ein Stromfluss durch einen äusseren Stromkreis entsteht. Rein visuelles Werkzeug ohne Erklärtext, Aufgaben oder Lösungen.
Drahtloses Laden – Induktionsexperiment mit Smartphone-Ladestation
Eine Abituraufgabe zum Thema drahtloses Laden eines Smartphones: Lernende erklären die Induktionsspannung, leiten aus einem Φ-t-Diagramm den Spannungsverlauf her, berechnen die Ladezeit eines Akkus und diskutieren die Übertragbarkeit auf Elektroautos. Kompletter Lösungsvorschlag inklusive.
Fernübertragung Miesbach–München 1882 – Wirkungsgradberechnung
Aufgabe mit vollständiger Musterlösung zur historischen Fernübertragungsexperimentes Miesbach–München (1882): Berechnung der eingespeisten Leistung, der Verlustleistung auf der Leitung und des Übertragungswirkungsgrads. Teil c) fragt nach Verbesserungsmöglichkeiten und diskutiert Gleich- vs. Wechselspannung.
Elektrolyse-Aufgabe: Verkupfern eines Eisenschlüssels
Kurze Aufgabe zur Elektrolyse mit Beispiel Verkupfern eines Eisenschlüssels: Wahl der Anode, des Elektrolyts und der Polarität, mit Begründung und Faktoren der abgeschiedenen Masse. Die Lösung ist vollständig angegeben. Didaktisch brauchbar, aber knapp und ohne Einstieg oder anschauliche Erarbeitung.
Supraleitung und Suprafluidität
Ein verständlicher Sachtext stellt die Entdeckungsgeschichte der Supraleitung von Kammerling Onnes bis zu den Hochtemperatur-Supraleitern dar und nennt Anwendungen wie Magnetfeldspulen in Fusionsanlagen, Kernspintomographen und Teilchenbeschleunigern. Ein zweiter Abschnitt beschreibt die abnormen Eigenschaften des suprafluiden Heliums. Der Text bleibt rein qualitativ und enthält keine Übungen oder Experimente.
Fernübertragung elektrischer Energie mit Transformatoren
Aufgabe zum Prinzip der elektrischen Energieübertragung mit drei verlustfreien Transformatoren: Die Lernenden prüfen Leistungsangaben P = U·I auf vier Leitungsabschnitten rechnerisch nach und bestimmen die Windungszahlverhältnisse der Transformatoren. Vollständige Lösungen sind enthalten, der Erklärtext zum Prinzip ist direkt in der Lösung integriert.
Verlustleistung bei der Hochspannungsübertragung (Kraftwerk-Fernleitung)
Rechenübung zur elektrischen Energieübertragung: Aus Generatorleistung, transformierter Spannung und Leitungsresistanz wird die Stromstärke und die als Wärme verlorene Leistung berechnet. Teil b) verlangt eine allgemeine Begründung, wie sich die Verlustleistung bei verdoppelter Übertragleistung verändert (Vervierfachung). Musterlösung mit gültigen Ziffern ist enthalten.
Verlustleistung in der Hochspannungsleitung
Eine Rechenaufgabe zur Reduktion der Verlustleistung in Überlandleitungen durch Hochtransformieren von 40 kV auf 400 kV. Mit kurzer Musterlösung über P = I²·R sowie einer Begründung, warum nicht immer auf Höchstspannung transformiert wird (Transformationsverluste, Kosten).
Spezifischer Widerstand
Lehrbuchtext zum spezifischen Widerstand: Formel R = ρ·l/A, Einheit, Wertetabelle verschiedener Materialien sowie experimental begründete Herleitung über Proportionalitäten. Enthält eine Verständnisaufgabe und einen Verweis auf eine Simulation.
Von der Volta-Säule zum Stromkreis: Historische Einführung in die Elektrodynamik
Ein lehrbuchartiger, historisch erzählender Einführungstext in die Elektrizitätslehre, der von Galvanis Froschschenkeln über Voltas Säule bis zu Edison und der Hausinstallation des 19. Jahrhunderts führt. Der Text ist verständlich, mit Zeitzeugen-Zitaten und anschaulichen Beispielen aufgebaut, enthält aber keine Aufgaben, Experimente oder Selbstkontrollmöglichkeiten. Als motivierender Einstieg in das Teilgebiet Elektrizität und Magnetismus gut nutzbar, aber nur mit Ergänzungen durch die Lehrperson.
Kartoffel- und Zitronenbatterie selbst bauen
Versuchsanleitung zum Bau einer eigenen Batterie aus Kartoffel oder Zitrone mit unterschiedlichen Metallelektroden. Die Elektrochemie hinter dem galvanischen Element wird anschaulich erklärt, inklusive Zellreaktionen und elektrochemischer Spannungsreihe, mit offenen Experimentieraufgaben.
Elektrische Spannung: Einführung über Stromstärke, Wassermodell und Elektronengasdruckmodell
Ein sorgfältig aufgebautes Lehrbuchkapitel, das die Spannung als Charakterisierung der Quellenstärke einführt – zuerst qualitativ über Experimente zur Stromstärke, dann über Wasser- und Elektronengasdruckmodell. Enthält eine vorläufige Definition der Einheit Volt sowie eine anschauliche Tabelle typischer Spannungswerte aus Alltag und Technik. Es fehlen jedoch eigene Aufgaben mit Lösungen.
Potential und elektrische Spannung - Gedankenexperiment (Animation)
Die Animation zeigt ein Gedankenexperiment zur Bestätigung, dass der neu eingeführte Spannungsbegriff mit dem bekannten Spannungsbegriff übereinstimmt.
Animation: Elektrochemische Spannungsquelle
Eine Animation zeigt Aufbau und Funktionsweise einer elektrochemischen Spannungsquelle (Batterie/ galvanisches Element). Interaktives Anschauungsmaterial zum Thema Elektrizitätsbereitstellung, ohne erklärenden Begleittext oder Aufgaben.
Kohlekraftwerk: Rauchgasreinigung, Turbine, Generator und Kondensator
Ein ausführlicher Sachtext über den Aufbau und die Funktionsweise eines Kohlekraftwerks, inklusive Rauchgasreinigung (Entschwefelung, Entstaubung, Entstickung), Dampfturbine, Generator, Kondensator und Kühlsysteme. Die Beschreibungen sind anschaulich und mit konkreten Zahlen belegt, es gibt aber keine Aufgaben oder Lösungen. Der Text eignet sich als informative Lektüre zum Energieumwandlungsprozess im Kraftwerk.
Geschichte der elektrischen Fernübertragung: von Miesbach nach Lauffen
Ein gut lesbarer historisch-didaktischer Text über die Pionierzeit der elektrischen Energieversorgung, von Edison und Siemens über die Fernübertragungen Miesbach-München (1882) und Lauffen-Frankfurt (1891). Er erklärt anschaulich, warum sich Drehstrom gegen Gleichstrom durchsetzte, mit der Verlustformel und Wirkungsgradvergleichen als Quantifizierung. Das Edison-Zitat mit ironischem Kommentar («grosser Erfinder täuschen sich») gibt dem Text Charme, doch es fehlen eigene Aufgaben und Lösungen — eine verlinkte Aufgabe wird nur angekündigt.
Elektrochemische Spannungsreihe
Kompakter Erklärtext zum Aufbau und zur Funktionsweise einer elektrochemischen Spannungsquelle mit der elektrochemischen Spannungsreihe als Tabelle. Ein Rechenbeispiel zeigt, wie die Spannung zwischen zwei Metallen als Differenz der Standardspannungen bestimmt wird. Verweist ergänzend auf eine Animation und Wikipedia, die hier nicht bewertet werden.
Elektrolyse: chemische Wirkung des Stroms
Ein erklärender Text zur Elektrolyte mit anschaulichem Beispiel (Kupferchlorid), Ionwanderung und Definitionen. Dazu zwei Anwendungen: Galvanisieren und Wasserelektrolyse als Wasserstoffquelle. Ohne Aufgaben, Experimente oder Lösungen.
Klemmenspannung und Innenwiderstand: Kennlinien von Stromquellen
Aufgabenserie zur Kennlinie realer Spannungsquellen: Es werden Serien- und Parallelschaltung von zwei Quellen mit Leerlaufspannung und Innenwiderstand analysiert und die I-U-Kennlinien in ein Diagramm eingetragen. Vollständige, formale Musterlösung mit Herleitung über die Randpunkte der Kennlinie.
Die Zink-Kohle-Batterie: Aufbau und Funktionsweise
Ein erklärender Text zur Zink-Kohle-Batterie (Primärbatterie) nach Leclanché: Aufbau, Funktionsweise ohne und mit chemischen Formeln, Reaktionsgleichungen an beiden Polen sowie Hinweise zu Alkaline-Zellen und zum Voltaelement. Es handelt sich um reinen Lehrtext ohne Aufgaben oder Experimente.
Sperrstrom bei Germaniumdioden
Mittelschwere Physikaufgabe zum Sperrstrom einer Germaniumdiode bei Erwärmung, mit ausführlicher Musterlösung. Gefragt wird nach der Erklärung über Majoritäts- und Minoritätsträger sowie die temperaturabhängige Eigenleitung. Solides Rohmaterial mit Lösung, aber ohne Einstieg, Beispiele oder weiteren Kontext.
Anwendungen von Transformatoren
Ein Überblick über typische Anwendungen von Transformatoren, von Kraftwerkstransformatoren über Netzgeräte und Trenntransformatoren bis zu variablen Ausgangsspannungen. Der Text ist rein informativ, ohne Beispiele, Aufgaben oder Experimente. Für den Physikunterricht taugt er als Begleitlektüre, bleibt aber didaktisch schlicht.
Animation: Aufbau und Funktionsweise einer PEM-Brennstoffzelle
Eine interaktive Animation, die den prinzipiellen Aufbau einer PEM-Brennstoffzelle zeigt und den Ladungstransport mit Ladungspaketen visualisiert. Der Text beschränkt sich auf eine kurze Beschreibung; es fehlen Erklärungen, Beispiele und Aufgaben. Als Veranschaulichungswerkzeug im Unterricht nutzbar, aber ohne didaktische Rahmung.
LEIFIphysik: Elektrische Energie im Stromkreis – Grundwissen
Kompakte Grundwissen-Seite zu Energietransport, elektrischer Leistung und Energie im Stromkreis mit den zentralen Formeln (P = U·I, ΔE = U·I·Δt) und Energieumwandlungen. Quizze, Übungsaufgaben mit Musterlösungen, Versuche und Downloads werden angekündigt, liegen aber nicht auf dieser Seite selbst vor.
Leistungsentnahme an einer Batterie mit Innenwiderstand
Musterlösung zur Leistungsanpassung: Für eine Batterie mit Leerlaufspannung und Innenwiderstand wird die Verbraucherleistung als Funktion des Stroms hergeleitet. Die quadratische Funktion wird nach Nullstellen und Maximum untersucht, das Maximum ergibt die bekannte Leistungsanpassung bei P_max = U0²/(4·Ri).
Energietransport im Stromkreis (LEIFIphysik)
Ein knapper, physikalisch präziser Theorieartikel, der die alltäglichen Missbegriffe rund um den Energietransport im Stromkreis («Stromverbrauch», «Stromspeicherung») korrigiert. Er erklärt anschaulich Quelle, Energiewandler sowie die Begriffe elektrische Leistung und elektrisch übertragene Energie mit sauberem Bezug zu den Einheiten. Keine Übungsaufgaben; der Artikel schliesst mit dem Verweis auf den nachfolgenden Text zur elektrischen Leistung.
Brückengleichrichter: Versuchsaufbau mit Dioden und Leuchtdioden
Versuchsanleitung zur Demonstration der Gleichrichterwirkung eines Brückengleichrichters mit niederfrequenten und hochfrequenten Wechselspannungen. Mit Leuchtdioden kann die Polung sichtbar gemacht werden; ein Bezug zur Schütteltaschenlampe zeigt eine Alltagsanwendung. Es handelt sich um eine knappe Versuchsskizze ohne Vertiefung, Formeln oder Aufgaben.
Strommessbereichserweiterung mit Shuntwiderstand
Kurzes Arbeitsblatt zur Bereichserweiterung eines Amperemeters mittels Shunt-Widerstand, mit anschaulicher Analogie (Bypass), vollständiger Beispielrechnung und zwei Aufgaben (Drahtlänge, allgemeine Herleitung von RS = RM/(n−1)). Eher knappe Lösungsnotiz mit Experiment-Hinweisen als ausführliches Unterrichtsmaterial.
Aufbau und Funktionsweise der Silizium-Solarzelle
Sorgfältig geschriebener Grundwissentext zum prinzipiellen Aufbau einer Silizium-Solarzelle: Dotierung, Raumladungszone, photovoltaischer Effekt, Ladungstrennung, Wirkungsgrad und Schaltsymbol werden Schritt für Schritt erklärt. Der Text ist fachlich klar und didaktisch sauber strukturiert, enthält aber keine Aufgaben, Beispiele zum Lösen oder Lösungen und bleibt reine Theorielektüre.
Glühelektrischer Effekt (Edison-Effekt)
Erklärender Lerntext zum glühelektrischen Effekt mit historischer Einführung über Edisons Entdeckung und einer anschaulichen Analogie zum Verdampfen von Wasser. Ergänzt durch Verweise auf Animationen der atomaren Vorgänge bei steigender Heizspannung. Der Text verbleibt qualitativ ohne Formeln oder Aufgaben.
Außenpolgenerator – Animation zu Aufbau und Funktionsweise
Eine Animation, die den Aufbau und die Funktionsweise eines Außenpolgenerators veranschaulicht. Sie eignet sich als anschauliches Demonstrations- und Explorationswerkzeug für den Unterricht zur Elektromagnetismus-Thematik. Erklärende Texte, Aufgaben oder Lösungen sind laut Beschreibung nicht enthalten.
Quiz zur Schaltung von Batterien
Ein kleines Online-Quiz von LEIFIphysik zum Reihen- und Parallelschalten von Batterien mit einblendbarer Lösung und Verweis auf das Grundwissen zu Spannung. Es ist eine leichte Übungsaufgabe ohne weiterführende Erklärung, eher zur Festigung nach der Behandlung des Themas gedacht.