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Schema einer Umkehrosmose

Schemagrafik:Die Umkehrosmose ist eine mögliche physikalische Methode zur Wasserreinigung mittels Membranfilter.Bei diesem Verfahren wird unter Druck das salzige Wasser gegen eine extrem feinporige semipermeable Membran gepresst. Die Porengröße ist so, dass Wassermoleküle von ca. 0,28 nm durchpassen, die Salzionen aber zurückgehalten werden. (Die Salzionen sind zwar an sich kleiner als Wassermoleküle, durch ihre festgebundene Hydrathülle jedoch wesentlich größer). Weltweit wird dieses Verfahren in Großanlagen in vielen Gegenden mit Trinkwassermangel zur Meerwasserentsalzung eingesetzt.Hinweise und Ideen: Neben der Umkehrosmose gibt es noch andere Membranfilterverfahren, die sich in der Porengröße der Membran unterscheiden: • Mikrofiltration • Ultrafiltration • Nanofiltration.

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Magnetische Energie

Übersichtsgrafik:Zwei Erscheinungsformen magnetischer Energie werden gegenübergestellt: die magnetische Energie einer stromdurchflossenen Spule und die eines Elementarmagneten.Magnetische Energie ist die Energie, die in einer stromdurchflossenen Spule in Form ihres Magnetfelds gespeichert ist. Sie resultiert aus der Arbeit, die der Strom gegen die induzierte Spannung (Faraday’sches Induktionsgesetz) verrichten muss. Umgekehrt wird diese magnetische Energie wieder als Strom frei, wenn das Magnetfeld abgebaut wird. Auch in einem magnetisierten Stoff ist magnetische Energie gespeichert: Sie entspricht der Arbeit, die aufzuwenden ist, um die magnetische Dipole dieses Stoffs in einem äußeren magnetischen Feld auszurichten. In ferromagnetischen Materialien richten sich die magnetischen Dipole in kleinen Bereichen (“Weiߒsche Bezirke”) auch ohne äußeres Magnetfeld aneinander aus. Richtet man nun die Weiß'schen Bezirke durch ein äußeres Magnetfeld aus, erhält man einen Permanentmagneten. Übrigens: Erhitzt man einen Permanentmagneten, so verliert er oberhalb einer kritischen Temperatur seine Magnetisierung. Die magnetische Energie wird bei dieser sog. Curie-Temperatur als zusätzliche Wärme frei.Hinweise und Ideen:Ein einfaches Experiment zur Magnetisierung: Ein Permanentmagnet magnetisiert durch Darüberstreichen einen Eisennagel. Welche Arbeit muss außer der Reibungsarbeit dabei aufgewendet werden? Wird dabei der Permanentmagnet bzw. dessen magnetische Energie “verbraucht”?


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Wirbelströme in Metallkörpern

Grafik:Das Prinzip der Wirbelstrombremse.Bewegt sich eine metallische Scheibe durch ein statisches Magnetfeld, dessen Feldlinien senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufen, so werden in der Scheibe Spannungen induziert und es bilden sich Wirbelströme aus. Nach der Lenz'schen Regel ist der induzierte Strom stets so gerichtet, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt. Um die Bremswirkung zu verstehen werden die Ränder des statischen Magnetfeldes betrachtet. An der Stelle, wo die Scheibe in das externe Magnetfeld eintritt, versucht der Strom den Zustand “ohne Magnetfeld” aufrechtzuerhalten. Er ist daher so gerichtet, dass sein induziertes Magnetfeld das externe kompensiert. Die Felder sind einander entgegengesetzt (Richtung des induzierten Feldes zeigt aus der Grafik “heraus”), es kommt zur magnetischen Abstoßung. Die daraus resultierende Kraft wirkt entgegen der Bewegungsrichtung, es kommt zur Abbremsung der Scheibe.Genau umgekehrt ist es an der Stelle, wo die Scheibe das Magnetfeld wieder verlässt. Der induzierte Strom versucht, den Zustand “mit Magnetfeld” aufrechtzuerhalten. Er ist daher so gerichtet, dass sein induziertes Magnetfeld das externe Magnetfeld verstärkt (Richtung des induzierten Feldes zeigt in die Grafik “hinein”). Es kommt zur magnetischen Anziehung. Die daraus resultierende Kraft wirkt wieder entgegen der Bewegungsrichtung, es kommt erneut zu einer Abbremsung.Hinweise und Ideen: Dieses Prinzip wird auch bei der Wirbelstromsortierung von aluminiumhaltigem Restmüll angewandt.

Medientypen

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Lernalter

13-18

Schlüsselwörter

Elektrizität Magnetismus

Sprachen

Deutsch

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Nachweisreaktion ungesättigte Fette (5)

Foto: Das Schütteln des Reagenzglases, das die Butter enthält, führt nach etwa drei Minuten zu einer Blaufärbung, wie im Bild zu sehen ist.

Bildungsbereiche

Allgemeinbildende Schule Sekundarstufe I

Fach- und Sachgebiete

Chemie

Medientypen

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Lernalter

13-15

Schlüsselwörter

Chemische Reaktion Chemische Verbindung Fette

Sprachen

Deutsch

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Nachweisreaktion ungesättigte Fette (3)

Foto: Zugabe von löslicher Stärke zu Butter (rechts). Die Stärke dient als Indikator für “freies Iod” und zeigt dieses durch Bildung eines blauen Iod-Stärke-Komplexes an. Hinweis: Erst nach Schütteln des Reagenzglases kann das Ergebnis des Nachweises beurteilt werden.

Bildungsbereiche

Allgemeinbildende Schule Sekundarstufe I

Fach- und Sachgebiete

Chemie

Medientypen

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Lernalter

13-15

Schlüsselwörter

Chemische Reaktion Chemische Verbindung Fette

Sprachen

Deutsch

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Essen aus fernen Ländern

Fotocollage: Chinarestaurant und Döner-Imbissstube, angerichtetes Essen aus Indien und den Philippinen.Hinweise und Ideen:Anhand des Impulsbildes können die Schülerinnen und Schüler von ihren Erfahrungen erzählen: Was kochen sie zu Hause? Welches Restaurant haben sie schon einmal besucht und was haben sie dort gegessen? Woher könnten die angerichteten Speisen stammen? Was essen die Schülerinnen und Schüler? Woher stammen ihre täglichen Nahrungsmittel?

Bildungsbereiche

Elementarbildung

Fach- und Sachgebiete

Sachkunde

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Ökosystem tropischer Regenwald

Mindmap:Ein einfaches Mindmap (nur eine Ebene) zum Thema Regenwald.Der tropische Regenwald ist ein komplexes Ökosystem. Folgende Bereiche werden gezeigt: Klima, Lebensraum, Nutzung, Regenwaldschutz, Zerstörung und Gefahren.Das Mindmap kann als Basis für ein Brainstorming zum Thema Regenwald bzw. für die Entwicklung eines komplexeren Mindmaps verwendet werden.Hinweise und Ideen:Diese einfache Struktur ist für die Klassen 1-2 geeignet.Aufbauend auf diesem einfachen Mindmap ist ein komplexeres mit einer zweiten Ebene als interaktive Zuordnungsaufgabe auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden.

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Pumpspeicherkraftwerk bei Stromüberschuss

Grafik:Funktionsbild eines Pumpspeicherkraftwerk bei Stromüberschuss.Wenn im Stromnetz Überschuss besteht, wird im Kraftwerk aus einem tiefer gelegenen Becken Wasser mit einer elektrischen Pumpe in Becken höherer Lage gepumpt. Hinweis: Bei Bedarfsspitzen fließt dann das Wasser aus dem Hochbecken zu den Turbinen des niedrig gelegenen Kraftwerks zurück.

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Cuerpo del violín como caja de resonancia

Fotografía:
El familiar violín como ejemplo de cómo la vibración de una cuerda se amplifica con una caja de resonancia.


Sin una caja de resonancia la vibración de una cuerda sería casi inaudible. Es por ello que la vibración se transmite a la caja del violín, la cual hace que el volumen de aire dentro de ésta comience a vibrar también. El material y la forma de la caja del violín se escoge de manera tal que, por un lado, haya buena amplificación (resonancia) con el mayor número de frecuencias posible. Debido a las frecuencias naturales de las partes individuales y aquella de la caja del violín, se amplifican mucho o se producen adicionalmente ciertas armónicas y armónicas superiores. Es eso lo que crea el carácter del tono individual de cada violín.

Información e ideas:
Un ejemplo práctico del mundo de la música ilustra la importancia de la física y la acústica para el mundo del arte y las comunicaciones.

Pertinente a la enseñanza de:
Sonido/acústica: parámetros
Vibraciones y ondas

Medientypen

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Lernalter

6-18

Schlüsselwörter

Sonido

Sprachen

Spanisch

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Reconocimiento de voz: oración, sílaba, fonema

Diagrama:
Se presentan visualmente los componentes del habla, desde el fonema hasta la oración.


El gráfico muestra la curva osciloscópica de la oración hablada "Está lloviendo a cántaros? y extractos de las unidades de las que se compone el habla: oración, palabra, fonema.

Información e ideas:
El reconocimiento de la voz y la síntesis de la voz son temas de mucha actualidad en el campo de tecnología informática y de comunicaciones.

Hay disponible mayor información sobre este gráfico, como hoja informativa, en el portal de medios didácticos de la Siemens Stiftung.

Pertinente a la enseñanza de:
El cuerpo humano
Estructura y función de un órgano sensorial
Recepción de estímulos y procesamiento de información
Percepción sensorial