Effizienz einer Solarzelle in Abhängigkeit vom Winkel der Einstrahlung

EffizienzeinerSolarzelleinAbhängigkeitvomWinkelderEinstrahlung
Material:
Solarzelle,Lichtquelle,Multimeter,Windrad,Kabel,Drehwinkelschablone
Aufbau:
1.
Stelle
durch
Schaltskizze
Anfertigung
den
Aufbau
einer
des
vorgestelltenSchülerexperimentsdar.
Durchführung:
RichtedieSolarzelleaufderWinkelschabloneausundstrahlesiemitdemStrahleran.Trage
den angezeigten Wert für die auftretende Spannung in der Tabelle ein. Notiere auch das
VerhaltendesWindrades.DrehedanachdieSolarzelleineinemWinkelvon15°undnotiere
DeineMessergebnisseerneut.
Beobachtung:
2.
ProtokolliereDeineBeobachtungundMessergebnissegemäßderVersuchsdurchführung
inderuntenstehendenTabelleundstelledieErgebnissezeichnerischdar.
Drehwinkel
gemesseneSpannungU[mV]
BewegungdesWindrades
0°
15°
30°
45°
60°
75°
90°
>90°
Deutung:
3.
WertetdieprotokolliertenErgebnisseausAufgabe2aus.StellteineVermutungdervon
EuchbeobachtetenAbhängigkeitaufunddiskutiertdieseinderKlasse.
Winkelschablone
DidaktischerKommentarzumSchülerarbeitsblatt
Das Arbeitsblatt soll die SuS beim Anfertigen des Versuchsprotokolls unterstützen. Die SuS
können zudem das Hauptaugenmerk auf die Durchführung und Beobachtung beim
Experimentieren legen. Dies wird durch die vorgegebene Struktur des Arbeitsblattes
unterstützt.DerAufbaudesExperimentssolltedenSuSalsLehrerdemonstrationsexperiment
vorgeführt werden, sodass dieser dann übernommen, nachgebaut und in einer Schaltskizze
notiertwerdenkann.
Zur Bearbeitung der Aufgaben auf dem gegebenen Arbeitsblatt sollten die SuS bereits über
grundlegendeKenntnissevonStromkreisen,insbesonderevonReihen-undParallelschaltungen
verfügen. Das Erstellen einfacher Grafiken und Diagramme sollte ihnen ebenfalls aus dem
Mathematikunterrichtbekanntsein.
Erwartungshorizont(Kerncurriculum)
Folgende Kompetenzen im Themenbereich „Magnetismus und Elektrizität“ (Physik) werden
durch das Arbeitsblatt in den Bereichen Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation
undBewertunggefördert:
Fachwissen: Die SuS erkennen einfache Stromkreise, beschreiben ihren
AufbauundnennendieHauptbestandteile.Siefertigeneinfache
Schaltskizzen des Aufbaus an und wenden ihre Kenntnisse aus
demFachbereichElektrizitätan.(Aufgabe1)
Erkenntnisgewinnung:
DieSuSbeschreibenihreBeobachtungenundprotokollierendie
erhaltenen Messdaten tabellarisch. Versuchsabläufe und
Erkenntnisse werden vornehmlich in der Alltagssprache
diskutiert.Sieerkennenaber,dassdieStromstärkeeinMaßfür
dieproLadungsteilchenübertrageneEnergieist(Aufgabe2).
Kommunikation:
InderAlltags-undUmgangssprachewerdenBeobachtungenzu
physikalischen Vorgängen und Zusammenhängen mitgeteilt.
(Aufgabe2)
Bewertung: Die SuS zeigen die Bedeutung einfacher technischer
ZusammenhängefürdenAblaufvonAlltagsphänomenenaufund
vergleichendiesemiteinander.(Aufgabe3)
Aufgabe1: BeiAufgabe1handeltessichumeineAufgabeausdemAnforderungsbereichI.
DabeisollmitdenKenntnissenausdemThemenbereichElektrizitäteineeinfache
Schaltskizzeerstelltwerden.EswirdbekanntesWissenangewendet.
Aufgabe2: InAufgabe2sollendieMessungendesSchülerversuchsprotokolliertundmitden
Beobachtungenabgeglichenwerden.DieAufgabeistdaherAnforderungsbereich
Izuzuordnen.DieAufgabenstellungführtjedochbereitszueinerDeutunghin,die
miteigenenWortenformuliertundbeschriebenwerdensoll,umsieanschließend
in der Klasse vorzustellen. Eine graphische Auswertung dient als
Veranschaulichung.DieseistebenfallsAufgabenbereichIzuzuordnen.
Aufgabe3: Aufgabe 3 dient vorrangig der Ergebnissicherung. Sie gehört zum
Aufgabenbereich III, da die SuS hier die vorher festgehaltenen Messergebnisse
auswertenunddiskutierensollenundeineHypothesezurAbhängigkeitzwischen
DrehwinkelzurLichtquelleundgemessenerSpannungaufstellensollen.Dieskann
mithilfeeinesJe-desto-SatzeserfolgenundführtimweiterenSinneauchzueiner
BewertungvonSolarkraftanlagen.
Erwartungshorizont(Inhaltlich)
Aufgabe1: U
Windrad
Solarzelle
Aufgabe2: Drehwinkel
gemesseneSpannungU[mV]
BewegungdesWindrades
0°
0,279
heftigeBewegung
15°
0,204
Windradbewegtsichsehrschnell
30°
0,142
Windradbewegtsichsehrschnell
45°
0,106
Windradbewegtsichmittelmäßig
schnell
60°
0,079
Windradbewegtsichlangsam
75°
0,047
Windradbewegtsichlangsamund
bleibtzwischenzeitigstehen
90°
0,0
Windradbewegtsichnicht
>90°
0,0
Windradbewegtsichnicht
Die SuS tragen ihre Messergebnisse in die Tabelle ein. Diese können zum Teil
relativstarkvoneinanderabweichen.EssolltejedochstetsdergleicheTrendzu
erkennensein.
Aufgabe3: Je größer der Drehwinkel der Solarzelle ist, desto geringer ist die gemessene
Spannung(...,destogeringeristdieDrehzahldesangeschlossenenWindrades).
DieSuSstellenfest,dasssichinSolarkraftwerkeneinehöhereEffizienzerreichen
lässt,wenndieSolarzellennachderSonneausgerichtetwerdenkönnen.

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