Die Geheimnisse der Elektrizität erforschen
Die Geheimnisse der Elektrizität erforschen
Schalter ein – Licht an – Schalter aus – Licht aus …. sicher kennen Sie das erforschende Spiel der Kinder. Schon hier zeigt sich die Faszination der Elektrizität. Dieser Beitrag lädt ein, zahlreichen Geheimnissen dieser anscheinend unsichtbaren Kraft auf den Grund zu gehen und diese gemeinsam mit ihrem Kind zu erleben.
Was ist eigentlich Elektrizität?
Die Definition
Der Begriff Elektrizität geht auf das altgriechische Wort: „ēlektron.“ zurück. Es bedeutet: „Bernstein“, da die Reibungselektrizität zuerst am Bernstein festgestellt wurde.
Elektrizität versteht man als den: „physikalischen Oberbegriff für alle Phänomene, die ihre Ursache in ruhender oder bewegter elektrischer Ladung haben.“ (siehe Quelle 1)
Abgrenzung der wichtigen Begriffe
Umgangssprachlich werden Elektrizität und Strom häufig synonym verwendet. Dies stimmt allerdings nicht. Der Unterschied zwischen Elektrizität und Strom liegt in den Begriffen und ihrer Bedeutung:
Elektrizität:
- Elektrizität ist ein allgemeiner Begriff, der die physikalischen Phänomene beschreibt, die mit elektrischen Ladungen und ihren Bewegungen zu tun haben. Es umfasst sowohl statische Elektrizität (wie sie z. B. durch Reiben eines Ballons an den Haaren entsteht) als auch dynamische Elektrizität (die Bewegung von Elektronen in einem Draht).
- Elektrizität bezieht sich also auf die gesamte Erscheinung von elektrischen Phänomenen und umfasst Konzepte wie elektrische Felder, Spannung und Ladung.
Strom:
- Strom (oder elektrischer Strom) ist die Bewegung von Elektronen (oder Ladungsträgern) durch ein leitendes Material, wie z. B. einen Draht. Der elektrische Strom ist eine spezifische Manifestation der Elektrizität.
- Strom tritt auf, wenn ein Unterschied im elektrischen Potential (Spannung) zwischen zwei Punkten besteht und es ein leitendes Material gibt, durch das die Elektronen fließen können.
Zusammengefasst:
- Elektrizität ist der übergeordnete Begriff, der alle elektrischen Phänomene umfasst.
- Strom ist die spezifische Bewegung von Elektronen (oder Ladungen) innerhalb eines Leiters und stellt eine der vielen Erscheinungsformen der Elektrizität dar.
Welche Einheiten spielen bei der Elektrizität eine Rolle?
Elektrizität und die wichtigen Einheiten Stromstärke, Spannung und Widerstand stehen in einem Zusammenhang. Diesen erkannte 1826 der deutsche Physiker Georg Simon Ohm (1789- 1854) in dem nach ihm benannten Gesetz.
Elektrische Spannung:
- Elektrische Spannungsquellen erzeugen an den beiden Polen (z. B. Plus und Minus) ein Ungleichgewicht an Elektronen.
- Das Maß zwischen dem Ungleichgewicht Überschuss ist die elektrische Spannung (U).
- Die Einheit heißt Volt (V)
Elektrischer Strom (I)
- Er fließt durch das Verbinden der beiden Pole mit einem Leiter (z. B. Kupferdraht).
- Die Einheit heißt Ampere (A.)
Elektrischer Widerstand (R)
- Das können u. a. Glühlampen, Klingeln oder Motoren sein.
- Es entsteht Wärme.
- Durch den Widerstand wird ein Kurzschluss vermieden und ein rasches Entladen der Batterie verhindert.
- Die Einheit heißt Ohm (Ω).
Wo begegnet uns Elektrizität im Alltag?
Elektrizität und alltägliche Phänomene begleiten, begeistern und verunsichern die Menschen schon immer. Dazu zählen u. a.:
- der Blitz bei einem Gewitter,
- die magnetische Anziehungskraft,
- der Blitz bei der elektrostatischen Aufladung oder
- Fangtechniken mancher Fischarten (Zitteraal, Zitterrochen).
Die elektrostatische Aufladung des Bernsteins, der für die Namensgebung herangezogen wurde, ist seit der Antike bekannt. (siehe ebenfalls Quelle 1)
Sicherlich haben Sie das ein oder andere Mal eine besondere Entladung gespürt. Das kann u. a. bei der Berührung anderer Menschen oder metallischer Gegenstände (Türklinke, Autotür, …) durch ein Blitzen entstehen. Dabei fließt elektrischer Strom.
Elektrostatische Aufladung entsteht durch Reibung. Sie entsteht meist unbemerkt.
Bei so einem „Schlag“, den wir Menschen in solchen Situationen bekommen, ist der Stromfluss allerdings sehr gering und nicht gefährlich. Dies sieht an anderen Stellen, bei denen Elektrizität zum Einsatz kommt, deutlich anders aus. Hier ist Aufklärung für Kinder gefragt: erläutern Sie Kindern die Gefahren, die Strom mit sich bringen kann und wo sie besonders vorsichtig sein müssen. Elektrizität und der bewusste Umgang mit dieser scheinbar unsichtbaren und stets verfügbaren Kraft verlangt wichtige Verhaltensregeln, die Kinder schon ab frühem Alter kennen sollten und die auch für Erwachsene gelten:
- keine Experimente mit dem elektrischen Strom aus der Steckdose
- keine Basteleien an Elektrogeräten
- keine fehlerhaften Leitungen und/oder defekten elektrischen Teile nutzen
Mit der entsprechenden Vorsicht lernen Kinder, dass Elektrizität im Alltag eine tolle Helferin in vielseitigen Einsatzgebieten ist. Richtig eingesetzt macht sie das Leben praktischer und schöner.
Tipp:
Infos, wie Familien im Alltag Strom sparen können, gibt es auch bei uns im Magazin.
Elektrizität und noch viele weitere Fragen
Woher kommt sie? Wie wird sie gewonnen? Wie wird sie transportiert?
Diesen Fragen kann direkt im eigenen Umfeld auf den Grund gegangen werden. Elektrizität stammt meist aus Kraftwerken, in denen Strom generiert wird, damit wir Menschen ihn nutzen können. Das können mechanische Herstellungsweisen sein, beispielsweise durch Dampfturbinen, die mit Kohle oder Gas betrieben werden. Es können aber auch moderne Prozesse für die Erzeugung erneuerbarer Energie durch Windkraftanlagen, Solarpanels oder Wasserkraftwerke sein. Ein ganz kleiner, aber auch häufig genutzter Gegenstand zur Energieerzeugung ist die Batterie, in der elektrische Energie durch chemische Reaktionen erzeugt und gespeichert wird. Letztlich geht es in allen diesen Fällen darum, dass die Bewegung von Elektronen so gesteuert und genutzt wird, um Strom zu erzeugen.
Der in Kraftwerken gewonnene Strom wird über ein weit verzweigtes Stromnetz transportiert. Zu diesem Netzwerk zählen Hochspannungsleitungen, Umspannwerke, Niederspannungsleitungen und Verteilnetze innerhalb von Städten und Gemeinden. So wird der Strom nicht nur transportiert, sondern auch dessen Spannung so angepasst, dass wir Menschen die Elektrizität in unseren Haushalten, Arbeitsstätten, öffentlichen Einrichtungen, usw. nutzen können.
All das lässt sich im Alltag entdecken und wahrnehmen. Gehen Sie mit Ihrem Kind auf eine gemeinsame Forscherreise in Sachen Elektrizität. Diese Reise könnte folgende Stationen enthalten:
Entdeckungen zu Hause
- Durch die Wohnung gehen, Steckdosen zählen und elektrische Geräte entdecken >> wo spielt Elektrizität bei uns eine Rolle?
- Wie sehen unterschiedliche Batterien aus und in welchen Geräten werden sie genutzt?
- Typenschilder elektrischer Geräte lesen >> was gibt es über die verschiedenen Geräte zu wissen?
- Verteilungskasten/ Sicherungskasten ansehen >> warum regeln wir den elektrischen Strom bei uns in der Wohnung?
Entdeckungen im Freien
- Freileitungen
- Strommasten und -kästen
- Öffentliche Beleuchtung: Laternen, Werbetafeln und -schilder
- E-Autos und Ladesäulen
- Solaranlagen
- Umspannwerke
- Wasserkraftwerke
- Windräder
Besuch(e) von Mitmachausstellungen, auch wenn sie manchmal über den Rahmen der Elektrizität gehen und weiter gefasst sind, wie z. B.
- Phänomenia in Stollberg/Erzgebirge,
- Mathematisch-physikalischer Salon in Dresden
- Phänomania in Essen- Katernberg; Büsum, Carolinensiel
- Phänomenta in Peenemünde
- Phaeno in Wolfsburg
- experimenta in Heilbronn
- uvm.
Tipp:
Besuchen Sie gemeinsam einen Tag der offenen Tür bei Ihrem Energieversorger vor Ort.
Das weitere Befassen mit den „Geheimnissen“ der Elektrizität
Ihr Kind hat Interesse an Physik und Technik? Dann kann Elektrizität Teil von spannenden Hobbies sein. Es gibt viele Freizeitbeschäftigungen, die sich damit befassen und praktische Anwendungen für Strom und Co. finden:
Modelleisenbahn
- Eine elektrische Verdrahtung ermöglicht erst das Fahren der Miniaturzüge.
- Zur Steuerung der Anlage wird Strom benötigt.
- Auch Transformatoren kommen zum Einsatz.
Robotik
- Der Bau von kleinen Robotern oder sogar ferngesteuerten Fahrzeugen ist eine tolle Möglichkeit, Elektrizität mit Technologie zu verbinden.
- Hier gibt es viele Einstiegsmöglichkeiten, um praktische Fähigkeiten zu entwickeln und mehr über Elektronik und Programmierung zu lernen.
Mitarbeit in einem Schülerforschungszentrum
- Hier gibt es vielfältige schulische und außerschulische Angebote für Kinder.
Teilnahme an „Jungend forscht“
- Hier werden Talente und Projekte bspw. in den Fachgebieten Physik und Technik gefördert.
- Jährlich finden weit über 100 Wettbewerbe bundesweit statt.
- Eine Teilnahme ist bereits ab der 4. Klasse möglich.
Das intensive Beschäftigen mit der Elektrizität in ihren zahlreichen Facetten führt zu Überlegungen mit elektrischem Strom sinnvoll umzugehen. Das bringt viele Vorteile für einen sicheren Alltag.
Erster Einstieg in Robotik und Programmierung
Mit der Code & Go Roboter-Maus können Kinder ab 5 Jahren erste Erfahrungen beim Programmieren sammeln. In welche Richtung soll die Maus automatisch fahren? Was macht sie als nächstes? Die Kinder haben es in der Hand!
Linktipps zur Elektrizität
- https://klexikon.zum.de/wiki/Elektrizit%C3%A4t
- https://www.energie-macht-schule.de/thema/geheimnisse-der-elektrizitaet/
- https://www.planet-wissen.de/technik/energie/elektrizitaet/pwiewasistelektrischerstrom100.html
- https://www.tuev-kids.de/639/begriffserklaerung-elektrizitaet/
- https://mathematisch-physikalischer-salon.skd.museum/vermittlung/salon-im-salon/
- https://www.jugend-forscht.de/index.php?id=1
Jörg Sauer ist ausgebildeter Grundschullehrer und unterrichtet seit über 20 Jahren an einer Schule. Neben der Lehrertätigkeit führte er in den vergangenen Jahren zahlreiche Weiterbildungen über die Nutzung von Neuen Medien im Unterricht durch.