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Wasserkreislauf-Modell

Zehn Aufgaben von AFB I bis III: Pumpe, Rohr, Wasserrad und Ventil übersetzen, Druck von Wasserstrom unterscheiden, Veränderungen im Modell auf den Stromkreis übertragen, mit Ladung und Energie rechnen und die Grenzen des Modells benennen.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Was entspricht wem?
AFB I

Frage: Welche Aussagen über das Wasserkreislauf-Modell stimmen?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Druck und Wasserstrom sind zwei verschiedene Dinge — genau wie Spannung und Stromstärke: Der Druck treibt an, der Wasserstrom ist das Ergebnis. Am Wasserrad geht kein Wasser verloren, es verliert nur Druck; genauso wird in der Lampe Energie umgewandelt, aber keine Ladung verbraucht. Und eine Pumpe drückt auch gegen ein geschlossenes Ventil, so wie eine Batterie ohne Strom ihre Spannung behält.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen zum Wasserkreislauf-Modell.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Merksatz: Das Modell überträgt Zusammenhänge, keine Stoffe. Wer es wörtlich nimmt, landet bei den beiden falschen Aussagen — nasse Kabel und eine Batterie, die Ladung erst liefern müsste.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Im Wasserkreislauf-Modell übernimmt die die Rolle der Batterie. Ihr entspricht der Spannung U, der Wasserstrom im Rohr entspricht der Stromstärke I. Das steht für die Lampe, und ein wirkt wie ein Schalter. Der Wasserstrom ist an jeder Stelle des Kreises groß — auch hinter dem Wasserrad.

Trichter bleibt übrig, und das mit Absicht: Im Modell gibt es kein Bauteil, in dem Wasser gesammelt wird und verschwindet. Genau diese Vorstellung führt zu dem Fehler, der Strom werde in der Lampe verbraucht.
A4
Modell, Stromkreis oder Modellgrenze?
AFB I

Sortiere die Karten danach, ob sie zum Wassermodell gehören, zum Stromkreis gehören oder eine Grenze des Modells benennen.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Teil im Wassermodell
2Bauteil im Stromkreis
3Grenze des Modells
Unterscheidungsmerkmal: Links stehen die Dinge, die man im Wasserversuch anfassen kann, in der Mitte ihre Entsprechungen im Stromkreis. Die beiden Karten im dritten Korb gehören zu keinem der beiden Körbe — sie sagen, wo der Vergleich aufhört. Genau diese Grenzen werden am häufigsten vergessen.
A5
Blitzrechnung
AFB I

Ein Stromkreis wird mit dem Wasserkreislauf-Modell beschrieben: Die Pumpe steht für die Batterie, das Wasserrad für die Lampe. Im Stromkreis fließt 30 s lang eine Stromstärke von 0,20 A. Wie viel Ladung fließt in dieser Zeit an einer Stelle des Kreises vorbei?

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Q = I · t = 0,20 A · 30 s = 6 C. Kopfrechen-Trick: 0,20 ist ein Fünftel, ein Fünftel von 30 ist 6. Im Modell entspricht das der Wassermenge, die in dieser Zeit an einer Stelle des Rohres vorbeifließt — und diese Menge ist an jeder Stelle des Kreises dieselbe.
A6
Vom Wassermodell zum Stromkreis
AFB II

Bringe die Schritte einer sauberen Modellübertragung in die richtige Reihenfolge.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Im Wassermodell benennen, welches Teil welche Aufgabe hat: Pumpe, Rohr, Wasserrad, Ventil
2Jedem Modellteil das passende Bauteil im Stromkreis zuordnen: Batterie, Leitung, Lampe, Schalter
3Die Größen übersetzen: Der Druck der Pumpe wird zur Spannung U, der Wasserstrom im Rohr wird zur Stromstärke I
4Eine Aussage prüfen, zum Beispiel: Der Wasserstrom ist an jeder Stelle des Kreises gleich groß
5Zum Schluss die Grenzen nennen, an denen das Modell nicht mehr passt
Am häufigsten verrutscht der letzte Schritt — er wird einfach weggelassen. Ein Modell ohne Grenzen wird für die Wirklichkeit gehalten, und dann entstehen Sätze wie „die Batterie pumpt die Ladung in die Leitung“. Auch der dritte Schritt wird gern übersprungen: Bauteile zu übersetzen ist leicht, Größen zu übersetzen ist die eigentliche Arbeit.
A7
Rechenkette
AFB II

Ein Stromkreis nach dem Wasserkreislauf-Modell: Die Batterie (Pumpe) liefert 4,5 V, im Kreis fließt eine Stromstärke von 0,20 A. Hintereinander liegen eine Lampe (Wasserrad) und ein Schalter (Ventil).

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Wie groß ist die Stromstärke unmittelbar vor der Lampe (in A)? A
  2. Wie groß ist die Stromstärke unmittelbar hinter der Lampe (in A)? A
  3. Wie viel Ladung fließt in 60 s durch die Lampe (in C)? C
  4. Transfer: Wie viel Energie wird umgewandelt, wenn diese 12 C die Spannung von 4,5 V durchlaufen (in J)? J
Die ersten beiden Zeilen sind absichtlich gleich: Der Wasserstrom ist vor und hinter dem Wasserrad gleich groß, also ist auch die Stromstärke vor und hinter der Lampe gleich. Was sich ändert, ist der Druck — im Stromkreis die Spannung. Die Energie folgt aus E = U · Q = 4,5 V · 12 C = 54 J.
A8
Veränderung im Modell und im Stromkreis
AFB II

Ordne jeder Veränderung im Wassermodell zu, was sie im Stromkreis bedeutet.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Denktrick: Frage bei jeder Zeile, ob sich der Antrieb (Druck, also U), die Bremse (Engstelle, also R) oder nur die Messstelle ändert. Zwei Zeilen behandeln den Antrieb, eine die Bremse, eine die Messstelle — und die letzte zeigt, dass Druck ohne Strömung möglich ist.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Zeile 2 ist der häufigste Fehler in Klassenarbeiten — und Zeile 6 ist dieselbe Fehlvorstellung mit Zahlen. Zeile 4 ist der zweite Klassiker: Wer Druck und Strömung gleichsetzt, glaubt, ohne Strom gäbe es keine Spannung.
A10
Wie stark ist der Wasserstrom danach?
AFB III

In einem Wasserkreislauf treibt eine Pumpe das Wasser durch ein Rohr und ein Wasserrad. Schätze für jede Veränderung ein, wie stark der Wasserstrom danach ist — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = kein Wasserstrom mehr, 2 = schwächer, 3 = gleich stark, 4 = stärker, 5 = viel stärker. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = kein Wasserstrom mehr5 = viel stärker
Die Pumpe wird auf den doppelten Druck gestellt
Das Ventil wird ganz geschlossen
In das Rohr wird eine lange, enge Stelle eingebaut
Der Wasserstrom wird hinter dem Wasserrad statt davor gemessen
Das Wasserrad wird ausgebaut und die Rohrenden werden direkt mit einem weiten Rohr verbunden
Jede Zeile lässt sich übersetzen: doppelter Druck ist doppelte Spannung, die Engstelle ist ein größerer Widerstand, das geschlossene Ventil ist der offene Schalter. Die vierte Zeile prüft, ob du die Grundregel behalten hast — der Wasserstrom ist an jeder Stelle gleich stark, also ändert eine andere Messstelle nichts. Die letzte Zeile ist das Modellbild des Kurzschlusses: kein Verbraucher, kaum Widerstand, sehr starker Strom.