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Anderer Ressourcentyp

Siemens Stiftung

Transformator und Thyristor

Übersichtsgrafik:Das Funktionsprinzip von Transformator und Thyristor im Vergleich.Ein Transformator ist aus zwei induktiv gekoppelten magnetischen Spulen aufgebaut. Er kann die Spannung eines Wechselstroms gemäß dem Verhältnis der Windungsanzahl der Spulen anheben bzw. senken. Bei der Stromverteilung kommt diesem Bauelement eine zentrale Rolle zu: Die Generatoren in Kraftwerken liefern Mittelspannungen und die Verbraucher benötigen Wechselstrom niedriger Spannung. Für den Stromtransport über größere Entfernungen ist aber Hochspannung bis mehrere 100 kV nötig. Deshalb sind nach dem Kraftwerk und vor dem lokalen Niederspannungsnetz Transformatoren zwischengeschaltet. Für einen verlustarmen Transport großer Leistungen über große Entfernungen sind aber hohe Gleichspannungen energieeffizienter als Wechselspannung. Gleichspannungen werden aus Wechselspannung mit Gleichrichterschaltungen aus Leistungshalbleitern, sog. Thyristoren, erzeugt. Ein Thyristor ist ein schaltbares leistungselektronisches Halbleiterbauelement. Als Gleichrichter geschaltet, ändert er nicht die Höhe der Spannung, sondern wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um. Als Wechselrichter geschaltet, wandelt er Gleichstrom in Wechselstrom um, wobei Frequenz und Phase des Wechselstroms durch die Taktung der Thyristoren exakt gesteuert werden können. Moderne Thyristoren sind aus Halbleitermaterial aufgebaut. Die Arbeitsweise entspricht der einer klassischen Diode: Strom wird immer nur in einer bestimmten Richtung durchgelassen (siehe Kennlinie). Beim Thyristor kann aber Zeitpunkt und Dauer des Durchlasses äußerst präzise gesteuert werden. Hinweise und Ideen:Warum kann man mittels eines Thyristors auch Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln? Wo werden Thyristoren, außer in der Energietechnik, noch eingesetzt? Informationen zum Thyristor in der Energietechnik findet man in der Sachinformation bzw. im Infomodul zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ).

Arbeitsblatt

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A5 Eigenschaften von Solarzellen (SFU-Arbeitsblatt 7)

SFU-Arbeitsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung für Schülerinnen und Schüler. Methoden-Werkzeug: Partnerkärtchen nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell für den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet das Methoden-Werkzeug Partnerkärtchen nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Partnerkärtchen dienen der individuellen Übung des Fachthemas. Hier sind alle Schülerinnen und Schüler aktiv und werden durch den spielerischen Charakter der Methode motiviert. Gut einsetzbar im Lernzirkel oder bei großen Klassen. Sprachschwache Schülerinnen und Schüler erhalten Unterstützung beim Verstehen und Trainieren der Fachsprache. Sie arbeiten mit dem Fachvokabular und werden so befähigt, fachlich zu kommunizieren.


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A5 Erste Erkundungen mit der Solarzelle (SFU-Arbeitsblatt 1 Lösung)

Lösungsblatt:Zum gleichnamigen SFU-Arbeitsblatt.Nähere Informationen finden Sie beim zugehörigen SFU-Arbeitsblatt “A5 Erste Erkundungen mit der Solarzelle (SFU-Arbeitsblatt 1)”, das auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.


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Strom: Experimente zu Strom (Lehrerinfo)

Handreichung:Didaktisch-methodische Hinweise für die Lehrkraft zum Medienpaket “Experimente zu Strom”. In der 7. Klasse befassen sich die Schülerinnen und Schüler an der bayerischen Mittelschule mit dem Thema Strom. Mit den folgenden drei Teilexperimenten kann das forschende Lernen gefördert werden:1. Ist die Solarzelle eine Spannungsquelle?2. Kann Wind Spannung erzeugen?3. Wir stellen eine eigene Spannungsquelle herDie Handreichung liefert der Lehrkraft alle Informationen, die für den Einsatz der Experimentieranleitungen im Unterricht wichtig sind: Lehrplanbezug, naturwissenschaftlicher Hintergrund und Differenzierungsmöglichkeiten. Ebenfalls werden Hinweise zur Durchführung der Experimente sowie die Lösungen zu den Aufgaben gegeben.Hinweise: • Bitte beachten Sie die Sicherheitshinweise in der Anleitung sowie die für Ihre Schule geltenden Sicherheitsrichtlinien.• Alle in der Anleitung genannten Materialien müssen selbst im Handel beschafft werden. Einzelne Experimentiermaterialien können auch im Onlineshop des Lehrmittelherstellers Arnulf Betzold GmbH unter www.betzold.de/experimento kostenpflichtig bezogen werden.

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A5 Optimierung der Leistung von Solarzellen (SFU-Arbeitsblatt 6 Lösung)

Lösungsblatt:Zum gleichnamigen SFU-Arbeitsblatt.Nähere Informationen finden Sie beim zugehörigen SFU-Arbeitsblatt “A5 Optimierung der Leistung von Solarzellen (SFU-Arbeitsblatt 6)”, das auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.


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Datenblatt einer Solarzelle

Sachinformation:
Die wichtigsten Kenngrößen einer Solarzelle und verschiedene Typen von Solarzellen im Überblick.

Der am weitesten verbreitete Solarzellentyp ist die polykristalline Silizium-Solarzelle. In tabellarischer Form sind hier die wesentlichen Daten eines polykristallinen Solarmoduls (60 einzelne Solarzellen) zusammengestellt.
Den Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und Spannung in einer Solarzelle zeigt die sog. U-I-P-Kennlinie (Strom-Spannungs-Leistungs-Kennlinie). Charakteristisch hier ist der Maximum Power Point (MPP). Er gibt an, bei welchem Strom und welcher Spannung die größte Leistung erzielt werden kann.
Neben Silizium haben auch andere Materialien einen gewissen Marktanteil am Bau von Solarzellen. Die unterschiedlichen Typen samt ihren Wirkungsgraden werden in der Übersicht gezeigt.


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Arbeitsblatt

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Wasser aus der Bahn gebracht (Aufgabe)

Arbeitsblatt:Ein Wasserstrahl wird aus der Senkrechten zum elektrisch aufgeladenen Gegenstand hin "gebogen". Was ist der Grund dafür?Ein an Wollstoff geriebenes Plastiklineal lenkt den Strahl aus einem Wasserhahn ab. Das Foto auf dem Arbeitsblatt zeigt das deutlich. Die Schülerinnen und Schüler sollen dieses Experiment durchführen und danach erklären, welche Kräfte wirken und wie die Ablenkung zustande kommt.Gestufte Hilfen zur Beantwortung dieser Aufgabe stehen unter "Wasser aus der Bahn gebracht (Hilfen zum Druck)" oder "Wasser aus der Bahn gebracht (Interaktive Hilfen)" auf dem Medienportal der Siemens Stiftung bereit. Das Arbeitsblatt enthält QR-Codes zum Herunterladen der interaktiven Hilfen und zum Ansehen der Lösung.Erläuterungen zum Experiment für die Lehrkraft findet man in "Wasser aus der Bahn gebracht (Lehrerinfo)".


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Wertebildung - Anleitung zur Methode Fantasiereise

Anleitung für die Lehrkraft:Inhaltliche Hintergrundinformationen und Hinweise zu Einsatzgebieten und Varianten der Methode Fantasiereise im Rahmen der Wertebildung.Eine Fantasiereise ist eine kreative Methode, in der die Vorstellungskraft der Schülerinnen und Schüler angeregt wird. Man nimmt dabei entweder die Lernenden mit auf die Reise in ein Fantasieland oder ermutig sie dazu, sich ihre eigene Welt zu erschaffen.Die Anleitung enthält Hintergrundinformationen zu Zielen und Einsatzmöglichkeiten, Vorbereitung und Durchführung, sowie zur Sicherung und Auswertung der Ergebnisse der Fantasiereise.

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Restmüll magnetisch trennen

Sachinformation:Magnetscheiden und Wirbelstromscheiden, zwei magnetische Trennverfahren für Stoffgemische, werden am Beispiel der Restmüllsortierung einander gegenübergestellt.Die beiden magnetischen Trennverfahren werden u. a. bei der Restmüllsortierung eingesetzt. Der Text informiert darüber, für welche Stoffe das jeweilige Verfahren geeignet ist und auf welchem physikalischen Prinzip es basiert. Anwendungsbeispiele dieser Prinzipien, die die Schülerinnen und Schüler aus dem Unterricht kennen, werden genannt. Die Funktionsweise der beiden Verfahren wird erklärt und die technische Umsetzung bei der Restmülltrennung skizziert.Hinweise und Ideen:Das Beispiel Restmüllsortierung eignet sich gut, um auch andere physikalische Trennverfahren kennenzulernen, wie z. B. Sieben (Trennen nach Korngröße) oder Windsichten (Trennen nach Dichte).


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