Hier erkläre ich die Begriffe elektrische Leiter und Nichtleiter. Dazu schlage ich Schülerversuche vor. Danach erkläre ich, was Elektronen sind und stelle ein einfaches Atommodell vor. Abschließend zeige ich in einem Modell, dass Strom ähnlich wie Flüssigkeiten fließt.
Untersuchung fester Stoffe auf ihre elektrische Leitfähigkeit
Schülerversuch:
Als erstes untersuchen wir verschiedene feste Stoffe auf ihre Leitfähigkeit, z.B. Metalle, Holz, Kohle, Kunststoff, Bleistiftmine.
Alle Materialien, die wir auf elektrische Leitfähigkeit untersuchen wollen, werden in die offene Stelle des Stromkreises gegeben. Wenn die Glühlampe aufleuchtet, so leiten sie den elektrischen Strom gut.
Merke:
Alle Stoffe, die den Strom leiten, heißen elektrische Leiter.
Alle Stoffe, die den Strom nicht leiten, heißen elektrische Isolatoren.
Untersuchung von Flüssigkeiten auf ihre elektrische Leitfähigkeit.
Schülerversuch:
Als nächstes untersuchen wir verschiedene Flüssigkeiten auf ihre Leitfähigkeit. Dabei können wir z.B. destilliertes Wasser, Essig, Leitungswasser, Salzwasser, Speiseöl nehmen.
Dann führen wir in das Gefäß, in dem sich die Flüssigkeit befindet, zwei Elektroden ein.
Bemerkung:
In den Fällen, in denen die Glühlampe keinen Stromfluss mehr anzeigt, können wir eine empfindliche Leuchtdiode verwenden.
Leitet auch der menschliche Körper?
Schülerversuch:
Bilde eine Schülerkette, verwende eine Batterie und ein empfindliches Messgerät zur Demonstration der Leitfähigkeit des menschlichen Körpers!
Zusammenfassung:
Auch der menschliche Körper leitet den elektrischen Strom. Daher Vorsicht beim Umgang mit elektrischem Strom. Eine Taschenlampenbatterie ist ungefährlich. Aber der Strom aus der Steckdose ist lebensgefährlich!
Gute Leiter:
Alle Metalle leiten Strom sehr gut, besonders Platin, Gold, Kupfer und Aluminium, auch Kohle.
Schlechte Leiter:
Lösungen von Säuren, Basen,und Salzen leiten den Strom in geringerem Umfang. Dies gilt auch für Leitungswasser, feuchte Erde und dem menschlichen Körper.
Nichtleiter:
Luft, Gummi, Kunststoff, trockenes Papier, Öl, Glas, Keramik und destilliertes Wasser leiten Strom gar nicht. Diese Nichtleiter nennt man auch Isolatoren.
Was sind Elektronen?
Woher kommt die Elektrizität?
Ist sie in den Drähten schon vorhanden?
Wird sie in der Spannungsquelle erzeugt?
Was ist das, was wir Strom nennen und durch die Leitung fließt?
Schülerversuch:
Ein paar Schüler simulieren die Elektronen, die durch die Spannungsquelle angetrieben werden. Sie demonstrieren die Spannungsquelle = Antrieb.
Der Rest der Klasse stellt sich, nicht zu weit auseinander auf und bleibt stehen. Dies soll die Glühlampe = Hemmung.
Die Schüler, die die Elektronen verkörpern, laufen durch die feststehende Gruppe. Dabei gibt es etwas Gerangel und ein paar Reibereien.
Einfaches Atommodell
Alle Stoffe, die wir kennen, sind aus kleinen Bausteinen, den Atomen zusammengesetzt. Diese Atome bestehen aus einem positiv geladenem Kern und den negativ geladenen Elektronen. Man kann sich den Aufbau eines Atoms etwa so vorstellen wie unser Sonnensystem. Im Sonnensystem bewegen sich alle Planeten um die Sonne. Im Atom bewegen sich alle Elektronen auf bestimmten Schalen um den Atomkern. Die Elektronen auf der äußersten Schale sind nur locker mit dem Atomkern verbunden.
Aus der Sicht der Atome unterscheiden sich alle Elemente nur durch die Anzahl der Elektronen. Das einfachste Atom ist das Wasserstoffatom, es besteht aus dem Kern und einem Elektron.
Ein Kupferatom hat ebenfalls einen Atomkern, aber insgesamt 28 Elektronen.
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Elektrischer Strom, ein Modell
Ähnlich, wie durch eine Wasserleitung Wasser fließt, fließen durch einen Leiter (Draht) Elektronen. In der Wasserleitung strömt Wasser, man spricht von einem Wasserstrom.
Im elektrischen Leiter strömen Elektronen, man spricht vom elektrischen Strom. In der Wasserleitung werden die Wasserteilchen durcheine Pumpe in Bewegung gesetzt. Im elektrischen Leiter werden die Elektronen durch die Spannungsquelle in Bewegung gesetzt.
Übung:
Was ist der Unterschied zwischen einem guten, einem schlechten und einem Nichtleiter?
Antwort: Beweglichkeit der Elektronen.Wie kann man den Antrieb der Elektrizität verstärken?
Antwort: Indem man zwei oder mehrere Spannungsquellen hintereinander schaltet.
Hier findest du eine Übersicht über weitere Beiträge zum Thema Elektrizität und Wärme darin auch Links zu Aufgaben.