Aufgaben: Elektrische und magnetische Phänomene

Du reibst einen Luftballon an deinem Wollpullover und beim Annähern an die Wand bleibt er eine Weile haften, wie die Abbildung zeigt.

Erkläre, was beim Reiben mit dem Luftballon passiert ist und warum er an der Wand haften bleibt.

Vervollständige den Satz und nenne zu jedem Fall ein Beispiel: „Zwei elektrische Ladungen mit gleichem Vorzeichen $\dots$ sich und zwei Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen $\dots$ sich.“

Ordne diese Gegenstände den Leitern oder den Isolatoren zu und begründe deine Entscheidung:

1. a) Ein Stahllöffel.
2. b) Ein Radiergummi.
3. c) Ein Kupferkabel.
4. d) Ein Korkstopfen.
5. e) Eine Münze.

Die Stromkabel im Haus haben innen Kupfer und außen eine Kunststoffummantelung, wie der Schnitt in der Abbildung zeigt.

Erkläre, welche Aufgabe jedes Material hat und warum die Kabel nicht aus nur einem einzigen Material bestehen könnten.

Du näherst zwei Magnete mit ihren Nordpolen an. Ziehen sie sich an oder stoßen sie sich ab? Und wenn du den Nordpol des einen dem Südpol des anderen näherst? Formuliere die allgemeine Regel für magnetische Pole.

Wir streuen Eisenfeilspäne auf ein Blatt Papier, unter dem ein Magnet liegt. Beschreibe das Bild, das die Eisenfeilspäne bilden, und erkläre, was dieses Bild uns über den Magneten zeigt.

Warum zeigt die Nadel eines Kompasses immer ungefähr nach Norden? Was hat die Erde selbst mit diesem Verhalten zu tun?

Nenne zwei Geräte oder Gegenstände des Alltags, die dank Magneten funktionieren (zu Hause, im Auto oder in der Schule), und erkläre, welche Rolle der Magnet jeweils spielt.

Nachdem du dich an einem trockenen Tag mit einem Kunststoffkamm gekämmt hast, zieht der Kamm kleine Papierschnipsel an, obwohl das Papier nicht geladen ist. Erkläre, wie der Kamm aufgeladen wurde und warum er leichte Gegenstände anziehen kann, ohne sie zu berühren.

Du reibst zwei Luftballons mit demselben Wolltuch und wenn du sie nahe beieinander loslässt, bewegen sie sich voneinander weg.

1. a) Welche Art von Ladung haben die beiden Luftballons angenommen: gleichnamige oder ungleichnamige?
2. b) Warum stoßen sie sich ab?
3. c) Sage voraus, was passiert, wenn du einen der Luftballons dem Wolltuch näherst.

Ein Elektrikerschraubendreher hat eine Metallspitze und einen dicken Kunststoffgriff. Ordne jedem Teil sein elektrisches Verhalten (Leiter oder Isolator) zu und erkläre, warum diese Kombination den Benutzer schützt.

Ein Magnet bewegt eine Büroklammer, ohne sie zu berühren, wie die Abbildung zeigt.

1. a) Wie nennen wir die Kräfte, die ohne Berührung zwischen Körpern wirken?
2. b) Vergleiche die magnetische Anziehung mit der Gravitationsanziehung: Nenne eine Gemeinsamkeit und einen wichtigen Unterschied.

Du näherst einen Magneten einem Kompass und die Nadel weicht von ihrer üblichen Stellung ab.

1. a) Warum bewegt sich die Nadel?
2. b) Was sagt das darüber aus, warum der Kompass nach Norden zeigt, wenn keine Magnete in der Nähe sind?

Karten mit Magnetstreifen, wie die Schlüssel mancher Hotels, können ihre Funktion verlieren, wenn man sie direkt neben einem starken Magneten aufbewahrt. Erkläre, was der Magnetstreifen speichert und was ihm durch die Nähe zum Magneten passiert sein kann.

Du brichst einen Stabmagneten in der Mitte durch und dein Mitschüler sagt, du hättest nun ein Stück, das nur einen Nordpol hat, und ein anderes, das nur einen Südpol hat. Hat er recht? Begründe, was in Wirklichkeit passiert.

Unter einer Platte mit Eisenfeilspänen legen wir zwei Magnete: zuerst einen Nordpol und einen Südpol einander gegenüber und danach zwei Nordpole einander gegenüber. Beschreibe die Unterschiede, die du im Bild der Eisenfeilspäne in jedem Fall erwarten würdest, und erkläre, was sie über die Kräfte zwischen den Magneten aussagen.

Du hängst zwei mit Aluminiumfolie umwickelte Korkkügelchen an Fäden auf und berührst sie mit einem zuvor geriebenen Kunststoffstab: Die Kügelchen stoßen sich voneinander ab.

1. a) Warum stoßen sie sich gegenseitig ab?
2. b) Was würde passieren, wenn du nur eines davon mit dem Stab berührst?
3. c) Ein mit Seide geriebener Glasstab wird positiv geladen. Wie würdest du das Vorzeichen der Ladung deiner Kügelchen überprüfen?

Entwirf ein einfaches Experiment, um herauszufinden, ob ein Holzlineal ein Leiter oder ein Isolator ist, wobei du nur eine Batterie, eine Glühlampe und zwei Kabel verwendest. Beschreibe den Aufbau, was du in jedem Fall beobachten würdest und welche Schlussfolgerung du ziehen würdest.

Ein Elektromotor enthält Magnete und eine Spule (Drahtwindungen), durch die Strom fließt, wie die Abbildung schematisch zeigt.

Erkläre qualitativ, wie die Drehbewegung entsteht, und nenne zwei Haushaltsgeräte bei dir zu Hause, die mit einem Elektromotor funktionieren.

Ein Lautsprecher wandelt den ankommenden elektrischen Strom mithilfe eines Magneten und einer Spule, die mit einer Papiermembran verbunden ist, in Schall um. Bringe die Kette der Vorgänge in die richtige Reihenfolge und erkläre sie, vom Ankommen des Stroms bis zu dem Moment, in dem wir die Musik hören.

Die Erde verhält sich wie ein riesiger Magnet.

1. a) Welcher Alltagsbeweis zeigt das?
2. b) Sage voraus, was mit den Kompassen und mit der Navigation passieren würde, wenn dieser Magnetismus plötzlich verschwände.
3. c) Der magnetische Nordpol stimmt nicht genau mit dem geografischen Nordpol überein: Erkläre, welche Folge das bei der Orientierung mit einem Kompass hat.

Bei einem Gewitter wird die Unterseite der Wolken negativ geladen und der Boden bleibt positiv geladen, wie die Abbildung zeigt.

1. a) Erkläre, warum der Blitz schließlich zwischen der Wolke und dem Boden überspringt.
2. b) Bringe den Blitz mit den Elektrisierungsversuchen in Zusammenhang, die wir im Unterricht durchführen: Nenne eine Gemeinsamkeit und einen Unterschied.

Du hast drei äußerlich identische Metallstäbe: Zwei davon sind Magnete und der dritte ist nur nicht magnetisiertes Eisen. Erkläre Schritt für Schritt, wie du herausfindest, welcher der drei Stäbe kein Magnet ist, wobei du nur die Stäbe selbst verwendest, ohne Kompass oder andere Gegenstände.

An einem trockenen Tag reibst du einen Kunststoffkugelschreiber am Pulloverärmel und schaffst es, einen dünnen Wasserstrahl aus dem Wasserhahn abzulenken, ohne ihn zu berühren.

1. a) Erkläre das Phänomen.
2. b) Sage voraus, ob es an einem sehr feuchten Tag genauso gut funktioniert, und erkläre, warum.
3. c) Würde es mit einem Metallstab, den du in der Hand hältst, genauso funktionieren? Begründe, indem du an Leiter und Isolatoren denkst.

Themenchallenge. Wie konkurrieren die unsichtbaren Kräfte in deinem Zuhause? Werde zum Forscher und verfasse einen wissenschaftlichen Bericht, in dem du diese Aufgabe löst:

1. Gravitationskraft: Lass einen Radiergummi aus $h = 0,8\text{ m}$, $1,2\text{ m}$ und $1,6\text{ m}$ Höhe fallen (Unsicherheit von $\pm 0,5\text{ cm}$). Stoppe jede Höhe dreimal mit dem Handy (Unsicherheit von $\pm 0,1\text{ s}$). Erstelle eine Tabelle mit den mittleren Zeiten und den Unsicherheiten und zeichne das Diagramm von $h$ gegen $t^2$, um die Beschleunigung $g$ abzuschätzen.

2. Elektrische und magnetische Kraft: Reibe einen Kunststoffkugelschreiber mit Wolle und miss mit einem Lineal den größten Abstand, aus dem er Papierkonfetti anzieht. Miss danach, aus welchem Abstand ein Kühlschrankmagnet eine Büroklammer aus Metall bewegen kann.

3. Bericht und Auswertung: Vergleiche in einer abschließenden Tabelle die Reichweite und die Eigenschaften der drei Kräfte. Erkläre schlüssig, wie eine kleine elektrostatische Ladung die Gravitation des ganzen Planeten überwinden und das Papier anheben kann.

Bewertet werden:

• Genauigkeit bei der Datenerfassung, korrekter Umgang mit Unsicherheiten und sorgfältige Erstellung von Tabelle und Diagramm.

• Verständnis und klare Unterscheidung von Gravitations-, elektrischen und magnetischen Phänomenen.

• Qualität der Argumentation und wissenschaftliche Genauigkeit bei den Schlussfolgerungen des Berichts.