Herstellung einer Glühbirne

Gebraucht wird

altes, nicht mehr benutztes Gewürz- oder Einmachglas mit Kunststoffdeckel, dünnere Metallgewindestange (ca. 20 cm), 8 Muttern (passend zur Gewindestange), kleine, auch gebrauchte Kerze, altes Drahtstück (ca. 10 cm)

Benötigte Werkzeuge: Säge, Handbohrer, Kleber, Streichholz, Labornetzgerät: zur Stromerzeugung

Beschreibung

Schritt 1: Vorbereitung der Gewindestangen

Zwei gleichlange Stücke aus der Gewindestange schneiden (z. B. 2×8 cm, je nach Glaskörper anpassen). 2/3 der Länge bleibt im Inneren der Glühbirne, 1/3 außen.
Zwei Löcher mit Handbohrer in den Kunststoffdeckel bohren – groß genug für die Stäbe, aber klein genug für luftdichten Verschluss. Deckel aus nichtleitendem Material verwenden (Kunststoff ideal).
Stäbe in die Löcher einführen und mit zwei Muttern pro Stab fixieren.

Schritt 2: Herstellung des Glühfadens

Auf die inneren Enden der Gewindestangen je zwei Muttern schrauben, mit kleinem Zwischenraum für den Glühfaden.
Aus einem alten Kabel einen dünnen Draht entnehmen (je dünner und schlechter, desto besser sichtbar der Effekt).
Ein Ende des Metalldrahtes zwischen die beiden Muttern und das andere Ende zwischen die beiden anderen Muttern einführen und die Muttern festziehen, um sicherzustellen, dass die beiden Metallflächen (der Draht und die Muttern) richtig in Kontakt sind.

Schritt 3: Befestigung und Anzünden der Kerze

Eine kleine Kerze mit Wachs oder Sekundenkleber auf dem Plastikdach befestigen. Die Kerzenflamme spielt eine wichtige Rolle beim Verbrennen des Sauerstoffs aus dem Glühlampenkörper. Das ist wichtig, denn je weniger Sauerstoff sich im Glühlampenkörper befindet, desto später brennt der Glühfaden aus.
Die Kerze anzünden. Wenn sie brennt, den Glühbirnenkörper, d. h. den Gewürzhalter oder das Gefäß, um das Dach wickeln. Dann verbraucht die Flamme den Sauerstoff in dem hermetisch verschlossenen Glas und schafft eine Umgebung, die der einer herkömmlichen Glühbirne ähnelt (in der es keinen Sauerstoff, sondern nur Edelgase gibt).

Damit ist die Glühbirne fertiggestellt und kann getestet werden, ob sie richtig funktioniert!

Schritt 4: Anschluss des Netzgeräts:

Die Ausgänge des Labornetzteils werden mit den Enden der 2 Metalldrähte verbunden, die aus der Glühbirne herausragen.

Das Netzteil im Stromgeneratormodus wird auf eine maximale Spannung von 5 V eingestellt und die Stromgrenze allmählich erhöht, bis der Glühfaden leuchtet (im Beispiel leuchtete der Glühfaden während des Versuchs bei 3,2 A Strom und 2,8 V Spannung sichtbar).

Beobachtung

Wenn der Glühfaden leuchtet, zeigt die Funktionsweise der Glühbirne das Prinzip eines Stromkreises, wobei das Material mit dem höheren Widerstand den Glühfaden zum Leuchten bringt und Licht abgibt.

Vertiefende Auseinandersetzung mit den 7K

Kooperation: Bei der Herstellung der Glühbirne arbeiten die Lernenden in Gruppen, um gemeinsam das Funktionieren und das Aussehen der Glühbirne zu planen. Da die Aufgabe aus mehreren Schritten besteht, können die Teilaufgaben (z. B. Vorbereitung der Gewindestangen, Platzierung der Kerze, Anschluss der Stromversorgung) aufgeteilt werden. Gruppenarbeit ermöglicht es den Kindern, sich gegenseitig zu unterstützen und effizient zu arbeiten.

Kommunikation: Während der Herstellung der Glühbirne müssen die Kinder ständig kommunizieren, um Ideen auszutauschen, die Umsetzungsschritte abzustimmen und Meinungen zur Planung zu äußern. Dabei lernen sie, respektvoll zu kommunizieren und konstruktives Feedback zu geben. Beim Werken und Testen lernen die Kinder wissenschaftlich-technische Begriffe auch in anderen Sprachen kennen und erweitern damit ihre Sprachkompetenz (siehe „AT-HU Vokabular: Glühbirne).

Kritisches Denken: Beim Bau der Glühbirne stoßen die Lernenden auf zahlreiche technische und konstruktive Probleme, wie z. B. das luftdichte Anbringen der Gewindestangen oder die Hitzebeständigkeit der Materialien. Um diese Herausforderungen zu meistern, müssen sie Fragen stellen, verschiedene Lösungen abwägen und ständig testen. Dabei entwickeln sie kritisches Denken und kreative Problemlösungsstrategien.

Kontextkompetenz: Beim Testen lernen sie die Kinder, wie Stromkreise funktionieren, basierend auf dem Jouleschen Gesetz (Strom wird in Wärme umgewandelt bei Widerstand). Sie lernen, Spannung und Strom passend einzustellen, damit der Draht glüht, aber nicht durchbrennt. Sie erkennen die Bauteile eines Stromkreises: Netzgerät, Glühfaden, Anschluss. Solche Projekte vermitteln praxisnahe Erfahrungen mit elektronischen Phänomenen und physikalischen Gesetzen.

Kreativität: Beim Design der Glühbirne können die Lernenden kreativ sein. Die Wahl des „Körpers“ der Glühbirne, die Dekoration sowie die Anordnung von Gewindestangen, Kerze und Glühfaden bieten Raum zur freien Entfaltung. Die Auswahl der Materialien und die Funktionsweise erfordern innovative Entscheidungen. Die Kinder lernen, wissenschaftliche Prinzipien mit kreativen Lösungen zu kombinieren.

Digitale Kompetenz: Beim Testen der Glühbirne müssen die Lernenden die richtige Spannung und Stromstärke einstellen, um den Glühfaden zu aktivieren. Dazu ist es unerlässlich, den Umgang mit dem Netzgerät und die Grundlagen der Elektronik zu verstehen.

Zusätzliche Bilder