Der Materialtester
AFB I–IIIm Physikraum steht ein Prüfgerät: ein Stromkreis aus Batterie, Lämpchen und zwei Klemmen mit einer Lücke dazwischen. Wird ein Gegenstand in die Lücke geklemmt, zeigt das Lämpchen an, ob der Stoff Strom leitet. Die Klasse testet neun Gegenstände und trägt die Ergebnisse in M1 ein.
| Gegenstand | Material | Lämpchen |
|---|---|---|
| Büroklammer | Stahl | leuchtet |
| Lineal | Kunststoff | bleibt dunkel |
| Bleistiftmine | Grafit | leuchtet schwach |
| Radiergummi | Gummi | bleibt dunkel |
| Cent-Münze | Kupfer | leuchtet |
| Zahnstocher | Holz, trocken | bleibt dunkel |
| Trinkglas-Splitter | Glas | bleibt dunkel |
| Alufolie | Aluminium | leuchtet |
| Bindfaden | Baumwolle, trocken | bleibt dunkel |
Der Kreis ist geschlossen, sobald der eingeklemmte Gegenstand den Strom durchlässt.
- Ordne die neun Gegenstände den beiden Gruppen Leiter und Isolator zu und beschreibe, was den Leitern gemeinsam ist.
- Erkläre mithilfe der Tabelle, warum ein Stromkabel aus einem Kupferdraht mit Kunststoffmantel besteht.
- Ein Schraubendreher für Elektroarbeiten hat eine Stahlklinge und einen dicken Kunststoffgriff. Begründe diese Bauweise.
Tipp zu Aufgabe a)
Tipp zu Aufgabe b)
Tipp zu Aufgabe c)
Lösung zu Aufgabe a)
Leiter: Büroklammer (Stahl), Cent-Münze (Kupfer), Alufolie (Aluminium) — und, mit schwachem Leuchten, die Bleistiftmine aus Grafit.
Isolatoren: Lineal, Radiergummi, Zahnstocher, Glassplitter, Bindfaden.
Gemeinsam ist den Leitern: Es sind Metalle. Grafit ist die Ausnahme — ein Nichtmetall, das trotzdem leitet, allerdings schlechter als Metalle, weshalb das Lämpchen nur schwach leuchtet.
Lösung zu Aufgabe b)
Innen liegt Kupfer, weil Metalle den Strom gut leiten — die Cent-Münze in der Tabelle zeigt das. Kupfer ist außerdem preiswerter als Silber oder Gold und lässt sich zu biegsamen Drähten ziehen.
Außen sitzt Kunststoff, weil er wie das Lineal in der Tabelle ein Isolator ist. Der Mantel hält den Strom im Draht: Man kann das Kabel anfassen, ohne einen Schlag zu bekommen, und zwei benachbarte Drähte können sich nicht berühren (Kurzschluss).
Lösung zu Aufgabe c)
Die Stahlklinge braucht man, weil sie hart und stabil ist — sie muss Schrauben drehen. Stahl ist aber zugleich ein guter Leiter, sie darf deshalb nicht in der Hand liegen.
Der dicke Kunststoffgriff ist ein Isolator. Berührt die Klinge versehentlich eine Stelle unter Spannung, kann der Strom nicht über den Griff in die Hand und durch den Körper fließen.
Wichtig bleibt: Auch mit isoliertem Werkzeug wird an der 230-V-Hausinstallation nicht gearbeitet — das ist Sache von Elektrofachleuten.
Wasser leitet — oder doch nicht?
AFB II–IIIDie Lehrerin taucht die beiden Prüfklemmen nacheinander in vier Bechergläser (Material M2). Nach dem Versuch sagt Timo: „Destilliertes Wasser leitet ja fast gar nicht. Dann ist das Gerede von der Gefahr in der Badewanne übertrieben — Wasser ist eben ein Isolator.“
| Flüssigkeit | Beobachtung am Lämpchen |
|---|---|
| destilliertes Wasser | bleibt dunkel |
| Leitungswasser | leuchtet schwach |
| Leitungswasser mit einem Löffel Salz | leuchtet hell |
| Speiseöl | bleibt dunkel |
Destilliertes Wasser enthält keine gelösten Salze, Leitungswasser dagegen immer.
- Beschreibe die Ergebnisse aus M2 und erkläre, woran der Unterschied zwischen den drei Wasserproben liegt.
- Begründe mit M2, warum ein Föhn in der Nähe der Badewanne lebensgefährlich ist. Denk auch an Schweiß und Seife im Badewasser.
- Beurteile Timos Aussage.
Tipp zu Aufgabe a)
Tipp zu Aufgabe b)
Tipp zu Aufgabe c)
Lösung zu Aufgabe a)
Destilliertes Wasser und Speiseöl lassen das Lämpchen dunkel — sie leiten praktisch nicht. Leitungswasser leuchtet schwach, Salzwasser hell.
Der Unterschied liegt nicht am Wasser selbst, sondern an den gelösten Salzen. Je mehr Salz gelöst ist, desto besser leitet die Flüssigkeit. Destilliertes Wasser enthält keine Salze und leitet daher kaum; im Leitungswasser stecken immer Salze und Mineralien.
Lösung zu Aufgabe b)
In der Badewanne steht kein destilliertes Wasser, sondern Leitungswasser — dazu kommen Seife, Schweiß und Hautsalze. Nach M2 leitet solches Wasser umso besser, je mehr darin gelöst ist; es entspricht eher der Salzwasserprobe.
Fällt ein eingesteckter Föhn hinein, steht das gesamte Wasser unter der Spannung von 230 V, und der Mensch sitzt mittendrin. Der Strom fließt dann durch den Körper — auch durch den Bereich um das Herz. Zusätzlich leitet nasse Haut viel besser als trockene.
Lösung zu Aufgabe c)
Timos erster Satz ist richtig: Destilliertes Wasser leitet tatsächlich fast nicht, das zeigt der Versuch.
Sein Schluss ist jedoch falsch — und gefährlich. Er überträgt das Ergebnis auf eine Situation, in der es ein ganz anderes Wasser gibt. Badewasser, Regenwasser, Schwimmbadwasser und selbst der Schweiß auf der Haut enthalten gelöste Salze und leiten deshalb gut.
Richtig formuliert lautet die Aussage: „Reines Wasser ist ein schlechter Leiter, im Alltag vorkommendes Wasser dagegen ein guter.“ Die Sicherheitsregel „Strom und Wasser nie zusammenbringen“ bleibt damit vollständig gültig.