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Perspektiven:
-Naturwissenschaftlich
-Technisch
Perspektivübergreifend:
-Historisch

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Elektrizität und Strom
-Ideensammlung zu Elektrizität im Alltag
-Wofür brauchen wir Strom?

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Elektrische Geräte früher und heute

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Stromkreislauf
- Bringe die Glühbirne zum leuchten!

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Das Innere der Taschenlampe kann man sich als Kreislauf vorstellen: Die Batterie ist an einem Punkt durch ein Kabel mit der Glühbirne vorne verbunden. Von dort aus führt ein weiteres Kabel zurück zur Batterie. Die Elektronen wandern nun von einem Punkt der Batterie durch das Kabel und die Glühbirne zum anderen und es fließt ein Strom.

Was bringt die Elektronen aber dazu, so unermüdlich durch das Kabel zu wandern? Dazu muss man den Aufbau eines Atoms näher betrachten. Den Kern des Atoms bilden Neutronen und positiv geladene Teilchen, die Protonen.

Die Hülle des Atoms besteht aus negativ geladenen Teilchen, den Elektronen, die um den Kern herumschwirren. Entfernt man nun Elektronen von einem Atom, bleibt ein positiv geladenes Teilchen über: das Kation.

Doch weder dem Elektron noch dem Kation gefällt diese Trennung. Beide versuchen ständig, in den ursprünglichen, ausgeglichenen Zustand zurückzukehren.

An der Batterie gibt es nun einen Punkt, an dem ein Mangel an Elektronen erzeugt wird: den Pluspol. Am Minuspol gilt das Gegenteil: Es wird ein Überschuss an Elektronen hergestellt. Elektronen werden beim Minuspol deshalb abgestoßen und zum Pluspol gedrängt.

Ein Strom fließt. Das Prinzip, auf dem elektrischer Strom basiert, ist also die Eigenschaft der Elektronen, immer nach einem neutralen Zustand zu streben. Die Stromstärke gibt an, wie viele Teilchen sich gleichzeitig durch einen Leiter wie das Kabel bewegen und wird in Ampère (A) gemessen.

Damit der Stromfluss aufrechterhalten werden kann und nicht abstirbt, sobald die Elektronen den Pluspol erreichen, müssen am Pluspol immer wieder Elektronen entfernt werden. Genau das tut die Batterie in der Taschenlampe mit Hilfe chemischer Reaktionen.

Man kann es sich so vorstellen, als ob in der Batterie eine Art Druck aufgebaut wird. Dieser Druck entsteht durch den Unterschied in den Ladungen am Minus- und Pluspol: die Spannung. Sie wird in Volt (V) gemessen.

Spannung kann auch vorhanden sein, ohne dass ein Strom fließt. Der Strom dagegen kann ohne Spannung nicht fließen: Erst die Spannung zwischen Plus- und Minuspol bringt die Elektronen in Bewegung.

Warum bringt die Bewegung der Elektronen in eine bestimmte Richtung aber nun die Glühbirne in der Taschenlampe zum Leuchten? Das liegt daran, dass der feine Draht in der Birne ein Hindernis für die Elektronen darstellt.

Sie stauen sich am "Eingang" zum Draht auf, müssen sich aber schließlich doch hindurchzwängen. Dabei reiben sie aneinander und produzieren Hitze. Der Draht in der Glühbirne beginnt zu glühen und es wird Licht.

Schalten wir anstatt einer Taschenlampe eine Stehlampe in unserem Wohnzimmer an, die mit einer Steckdose verbunden ist, funktioniert das ähnlich. Und doch ist der Strom aus der Steckdose ein anderer.

Der elektrische Strom, den batteriebetriebene Geräte wie die Taschenlampe erzeugen, nennt sich Gleichstrom. Hier bewegen sich die Teilchen immer in die gleiche Richtung und wandern von einen Pol zum anderen.

Beim Wechselstrom aus der Steckdose bewegen sich die Elektronen nur ein kleines Stückchen in die eine, dann sofort wieder in die andere Richtung. Plus- und Minuspol tauschen in Sekundenbruchteilen ihre Funktion.

In unserem Stromnetz geschieht das zum Beispiel 50-mal in der Sekunde. Der Vorteil von Wechselstrom gegenüber Gleichstrom besteht darin, dass bei der Übertragung weniger Energie verloren geht.

Außerdem ist es mit Wechselstrom einfacher, Spannungen zu transformieren, also umzuformen - zum Beispiel von der Hochspannung zum Niederspannungsnetz in den Haushalten.
(Erstveröffentlichung: 2007. Letzte Aktualisierung: 14.07.2020)

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Das Innere der Taschenlampe kann man sich als Kreislauf vorstellen: Die Batterie ist an einem Punkt durch ein Kabel mit der Glühbirne vorne verbunden. Von dort aus führt ein weiteres Kabel zurück zur Batterie. Die Elektronen wandern nun von einem Punkt der Batterie durch das Kabel und die Glühbirne zum anderen und es fließt ein Strom.

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-Grundschule
-Klasse 4
-Heterogene Lerngruppe

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Heute wissen wir, dass durch Reibung bestimmter Materialien elektrostatische Kräfte entstehen. Die Reibungselektrizität ist unter anderem Grundlage der Elektrizitätslehre.

Der Ingenieur und Erfinder Otto von Guericke, vor allem für seine Versuche mit Luftdruck bekannt, fand im 17. Jahrhundert als einer der ersten Forscher heraus: Durch Reibung kann man Elektrizität erzeugen.

Er konstruierte eine Schwefelkugel-Elektrisiermaschine, mit der er durch Reibung seiner Hände an einer sich bewegenden Schwefelkugel sichtbar Elektrizität erzeugte. So konnte er nicht nur die elektrische Anziehungskraft beweisen, sondern außerdem ein elektrisches Leuchten erzeugen.

Seiner beeindruckenden Maschine folgten noch viele weitere Elektrisiermaschinen, mit deren Hilfe Wissenschaftler und Unterhaltungskünstler im Zeitalter der Aufklärung einem adeligen Publikum Spannung mit hohem Unterhaltungswert boten.

Gleichzeitig konnten dadurch aber auch immer neue Erkenntnisse zur Elektrizität gewonnen werden. Nicht umsonst hat auch die Bezeichnung der Epoche in vielen Sprachen mit Elektrizität zu tun: Die deutsche "Aufklärung" und das englische "Enlightenment" etwa entsprechen "Erhellung" oder "Erleuchtung", und das französische "Lumière" lässt sich auch mit "Licht" übersetzen.

Trotz der großen Ähnlichkeit von elektrisch erzeugten Funken und natürlichen Himmelsblitzen galten lange auch Gewitter und Blitze als Naturkräfte und wurden Göttern und Zauberern zugeschrieben. Bis heute beeindrucken sie uns einerseits und lassen uns andererseits erschaudern.

Um zu beweisen, dass Blitze keine göttlichen Strafen, sondern ein Phänomen natürlicher Elektrizität sind, versuchte der Politiker und Wissenschaftler Benjamin Franklin, Blitze vom Himmel herunterzuleiten.

Schon seit den 1740er-Jahren hatte er sich mit elektrischen Phänomenen beschäftigt. 1752 schließlich ließ er bei Gewitter einen Drachen steigen, in dessen Schnur ein metallischer Faden eingeknüpft war, an dem ein Schlüssel hing.

Sein Versuch war erfolgreich: Tatsächlich konnte Franklin die atmosphärische Elektrizität anzapfen und über seinen metallischen Leiter die Elektrizität vom Himmel holen.

Diese Erleuchtung wurde mancherorts als Sieg über die Zauberkräfte gefeiert: Benjamin Franklin hatte den Blitzableiter erfunden! Doch lange blieb dieser umstritten, böse Zungen behaupteten zunächst, Blitzableiter würden Blitze anziehen und dadurch den Schaden erst herausfordern.

Das ist seit langem widerlegt. Noch heute werden durch den Blitzableiter gefährliche Blitze von Dachspitzen in den Boden abgeleitet.

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Der Siegeszug des elektrischen Stroms begann um die Wende zum 20. Jahrhundert. Mit der Erfindung des elektrischen Lichts und der flächendeckenden Stromversorgung setzte ein unaufhaltsamer Boom ein.

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Elektrizität: Zehn Fragen, zehn Antworten

Was passiert bei einem Blitzschlag? Wie viel Strom fließt in den elektrischen Stuhl? Und wie kommt der Strom eigentlich in die Steckdose?

1. Was ist Strom?

Strom ist bewegte elektrische Ladung. Elektrizität umfasst all jene Phänomene, die ihre Ursache in ruhender oder bewegter elektrischer Ladung haben. Die physikalischen Träger der elektrischen Ladung sind negativ geladene Elektronen und positiv geladene Protonen. Ohne diese kleinen Teilchen würde nichts fließen: kein Strom aus der Steckdose, kein Strom im Himmelsblitz.

Für Messungen werden drei jeweils nach ihren Entdeckern benannte Einheiten verwendet: Watt, Volt und Ampere. Watt zeigt die Leistung des elektrischen Stromes an, dessen Stärke in Ampere und dessen Spannung in Volt gemessen wird.

2. Wer "hat" Strom?

Eigentlich jedes Lebewesen in der Natur, das über ein Nervensystem verfügt. Gerade der Mensch mit seinem komplexen Großhirn steht laufend unter Strom, denn unser Nervensystem sendet mittels elektrischer Signale Informationen ans Gehirn. Jedoch können auch Naturphänomene und Lebewesen ohne ein komplexes Nervensystem Stromträger sein.

Bekanntestes Beispiel sind Blitze. Sie strotzen nur so vor Elektrizität, genauer: vor positiver wie negativer Ladungen. So kann die Spannung zwischen Wolke und Erde mehrere 100 Millionen Volt betragen, während die Stromstärke einer Hauptentladung im Durchschnitt

20 000 Ampere ausmacht. In der Spitze eines Blitzes können in seltenen Fällen sogar bis zu 200 000 Ampere stecken. Manche Fisch- und Quallenarten, aber auch einige Insekten kommen mit weit weniger Ladung aus: Sie nutzen ihre elektrostatische Aufladung zur Verteidigung und zum Beutefang.

3. Wer (er-)fand den Strom?

Die Natur. Einen historisch greifbaren ersten Finder von Elektrizität gibt es nicht. Immerhin: Dem griechischen Naturphilosophen Thales von Milet wird nicht nur zugeschrieben, bei der Sternebeobachtung in einen Brunnen gefallen zu sein, sondern auch als erster die elektrostatische Aufladung von Bernstein beschrieben zu haben. Vom griechischen Wort für Bernstein, elektron, rührt daher auch der Name Elektrizität.

Danach geschieht lange so gut wie nichts. Vom 17. bis ins 20. Jahrhundert zieht sich jedoch eine einzige Spur von Entdeckungen, Erfindungen und Verbesserungen rund um Elektrizität und die Nutzbarmachung elektrischer Ladungen. Dazu zählen Nikola Teslas Energieübertragung mit Hilfe von Wechselstrom im Jahre 1886 oder, zwei Jahre später, die Erzeugung elektromagnetischer Wellen durch Heinrich Hertz.

4. Woher kommt Strom?

Strom kommt zwar aus der Steckdose. Aber das ist nur die halbe Wahrheit. Kraftwerke speisen ihre produzierte Energie ins Netz ein. Das erreichen sie durch Verbrennen fossiler Brennstoffe wie Kohle, die allerdings als Nebeneffekt auch das so klimaschädliche Kohlendioxid produzieren. Ökologisch unbedenklicher ist die Stromerzeugung durch erneuerbare Energien wie Wasser, Wind, Biomasse und Sonne.

Viele sehen darin das größte Potenzial für die Zukunft, da die Kohle- und Gasbestände der Erde endlich sind. Zudem wird das ehrgeizige Ziel der EU-Kommission, bis 2020 die Treibhausgase um 20 Prozent verringert zu haben, nur durch den vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien erreichbar sein. Ein Viertel der Elektrizität in Deutschland stammt immer noch aus Atomkraftwerken. In Frankreich sind es sogar 80 Prozent der Elektrizität.

5. Wer erzeugt Strom?

Siehe oben: Natürliche und menschliche Kraftwerke. Das größte Kraftwerk ist immer noch die Natur. Unsere Erde ist elektrostatisch aufgeladen. Dieses elektrostatische Erdfeld resultiert aus ionisierender Strahlung aus dem Weltraum: kostenlos und rund um die Uhr.

6. Was unterscheidet Gleichstrom von Wechselstrom?

Gleichstrom fließt nur in eine Richtung. So gut wie alle elektrischen Haushaltsgeräte benötigen allerdings Wechselstrom. Dieser ändert ständig die Richtung, seine Spannung ist mittels Transformatoren leicht umwandelbar, seine elektrische Energie über längere Strecken ohne große Verluste übertragbar.

Er wird deshalb insbesondere in öffentlichen Stromversorgungsnetzen angewandt. Deren Spannung ist weltweit unterschiedlich. Während in Europa Netzfrequenzen von 50 Hertz üblich sind, verwenden die USA 60 Hertz.

7. Was passiert ohne Strom?

In unserer modernen, hoch technologisierten Welt ist ein Leben ohne Strom kaum vorstellbar. Stromausfälle lassen sich daheim mit Kerzen oder Taschenlampen noch einige Stunden überbrücken, können aber zum Beispiel in Krankenhäusern ohne Notstromaggregat zu Katastrophen führen.

Es gibt kaum technische Innovationen, die nicht von Elektrizität abhängig wären. Auch das gesamte Kommunikationssystem bräche bei einem weltweiten Stromausfall in sich zusammen - ebenso wie das Internet.

8. Wie gefährlich ist Strom?

Wer je vom Blitz getroffen wurde, kann berichten, welche ungeheure Kraft in einer elektrischen Ladung liegen kann. Auch Taucher und Schwimmer, die unliebsame Bekanntschaft mit elektrostatisch aufgeladenen Fischen oder Quallen gemacht haben, wissen ein Lied davon zu singen, welche Schmerzen diese kleinen und größeren Elektromeister bereiten können.

Der Zitteraal, dessen 6000 Elektrozyten eine Spannung von bis zu 500 Volt erzeugen können, ist tödlich für viele Fische und nicht ungefährlich für den Menschen. Die Wirkung des elektrischen Stuhles als Hinrichtungsmethode, die vor allem in den USA praktiziert wird, ist bekannt. Dabei werden 2000 Volt oder acht Ampere Elektrizität durch den Körper des Verurteilten geleitet, bis der Tod eintritt.

Einen Blitzschlag zu überleben erscheint in Anbetracht dessen ein kleines Wunder, hat ein Blitz doch eine meist noch höhere Spannung. Jedoch kommt die Mehrzahl der vom Blitz Getroffenen mit dem Leben davon. In den USA werden zwischen 50 und 100 Tote jährlich gezählt, in Deutschland zwischen drei und sieben. Kleinere Stromschläge im Alltag hat schon fast jeder einmal mitgemacht, sei es beim Griff an ein Kabel, an einen elektrischen Weidezaun oder an einen elektrostatisch aufgeladenen Mitmenschen.

9. Was kostet Strom?

Die Strompreise sind von Bundesland zu Bundesland, von Stadt zu Stadt und in ganz Europa sehr unterschiedlich. Strom wird von Energiekonzernen an Strombörsen eingekauft und dann an den Verbraucher zu entsprechend höheren Preisen weiterverkauft. Deutschland hat im europäischen Vergleich relativ hohe Strompreise.

Laut einer Studie von Energy Advice Ltd., die das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie auf seiner Homepage anbringt, zahlten im Januar 2008 Verbraucher in Deutschland durchschnittlich 21,48 Cent pro Kilowattstunde (kWh) einschließlich Steuern. Teurer fiel der Strompreis nur noch in Dänemark und Italien aus.

Die Besten waren - wieder einmal - die Finnen: Stromkunden im hohen Norden mussten nur 12,23 Cent pro Kilowattstunde berappen. Eine Entspannung auf dem deutschen Strommarkt scheint nicht in Sicht: Umweltminister Siegmar Gabriel (SPD) und die Energiebranche prognostizieren für 2013 eine Erhöhung der Stromkosten um noch einmal 15 bis 20 Prozent.

An einem Strommangel kann dies nicht liegen: Deutschland zählt zu den Exportweltmeistern auch in Sachen Strom. Im ersten Halbjahr 2008 wurden bereits über 14 Milliarden kWh Elektrizität ins Ausland verkauft.

10. Wie spart man Strom?

Stromsparen war früher kaum ein Thema. Strom war billig, das Umweltbewusstsein nicht besonders ausgeprägt. Das hat sich mittlerweile geändert. Stromsparen ist "in". Stromspartipps für Haushaltsgeräte finden sich online zuhauf. Wir haben für Sie die wichtigsten Stromspartipps zusammengestellt.

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Elektrizität: Zehn Fragen, zehn Antworten

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Elektrizität: Zehn Fragen, zehn Antworten Was passiert bei einem Blitzschlag? Wie viel Strom fließt in den elektrischen Stuhl? Und wie kommt der Strom eigentlich in die Steckdose? Strom ist bewegte elektrische Ladung. Elektrizität umfasst all jene Phänomene, die ihre Ursache in ruhender oder bewegter elektrischer Ladung haben.

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Mercator-Institut für Sprachförderung und Deutsch als Zweitsprache

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© A.Etges/Mercator-Institut

für sprachsensiblen Fachunterricht

Lehrkräfte aller Schulformen und Schulfächer erhalten hier Vorschläge für Methoden und Sprachhilfen, die für einen sprachsensiblen (Fach-)unterricht geeignet sind. Die Anzeige der möglichen Methoden und Sprachhilfen kann mithilfe von Filtern an die eigenen Bedarfe angepasst werden. Die vorgeschlagenen Unterrichtsmethoden werden daraufhin in groß (sehr geeignet), mittel (geeignet) und klein (teilweise geeignet) angezeigt. Per Klick lassen sich Handreichungen im PDF-Format herunterladen.

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Mercator-Institut für Sprachförderung und Deutsch als Zweitsprache

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Das Mercator-Institut für Sprachförderung und Deutsch als Zweitsprache - Methodenpool

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Das Mercator-Institut für Sprachförderung und Deutsch als Zweitsprache ist ein von der Stiftung Mercator initiiertes und gefördertes Institut der Universität zu Köln. Es will sprachliche Bildung verbessern. Mit seiner Forschung und seinen wissenschaftlichen Serviceleistungen zu sprachlicher Bildung in einer mehrsprachigen Gesellschaft trägt das Mercator-Institut zu mehr Chancengleichheit im Bildungssystem bei.

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Literatur zu Unterrichtsmaterialien (von Frau Weißenborn)

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Literatur zu Unterrichtsmaterialien (von Frau Weißenborn)

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https://www.bne-portal.de/de/lernmaterialien-2454.php

https://www.bpb.de/lernen/formate/arbeitsblaetter/

https://www.bildungsserver.de/Sachunterricht-in-der-Grundschule-4310-de.html

https://bildungsserver.hamburg.de/sachunterricht/

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011_Didaktische Analyse + Bildungs- und Rahmenplan_Gruppe 7