Was bringt unseren Flummi zum Leuchten?

ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Landeswettbewerb Jugend forscht

SCHÜEX HAMBURG

DEUTSCHEGESELLSCHAFT FÜRZERSTÖRUNGSFREIEPRÜFUNG E.V.

Jugend forscht 2015

Naomi FranzenKatharina Mayr

Schule:

Grundschule Strenge

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Wettbewerb „Schüler experimentieren“

Fachgebiet: Physik

Noemi Franzen und Katharina Mayr

(Grundschule Strenge)

Was bringt unseren Flummi zum Leuchten?

Januar 2015

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Gliederung und Inhaltsverzeichnis:

Unser Flummi und unsere Fragen

Unser Flummi wird zerlegt

Wir untersuchen die Einzelteile im Flummi

Wir probieren, auf der Platte die Leuchtdioden zum Leuchten zu bringen

Wir wollten verstehen, wie das kommt

Aber wir wollten auch sehen, ob wir selbst Strom erzeugen können

Löten

So konnten wir unsere Leucht-Dioden zum Leuchten bringen

Abschluss

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Unser Flummi und unsere Fragen:

In unserem durchsichtigen Flummi sieht man einen Fußball-Ball, der in einer Flüssigkeit schwimmt. Außerdem sind in der Flüssigkeit grüne bewegliche Stäbchen. Wenn man den Flummi stark aufprallen lässt, dann leuchtet in dem Fußball eine flackernde bunte Lampe in grün, rot und blau. Die Farben bleiben immer an der gleichen Stelle.

Unsere Frage ist: wie funktioniert das?

Wir haben uns verschiedene Möglichkeiten überlegt:

1. Vielleicht ist außen am Fußball ein Schalter, der angeschaltet wird, wenn der Ball gegen die Plastikhülle kommt. Im Ball müssten dann eine Batterie und eine Lampe mit drei Farben sein.

2. Im Fußball ist ein Schalter, der von Innen gegen die Fußballhülle gedrückt wird.

3. Vielleicht ist im Ball eine Art Dynamo, der nur Strom erzeugt, wenn der Ball kräftig aufprallt.

Wir haben uns überlegt, wie wir das herausfinden können.

Wir können die Außenschicht aufschneiden, die Flüssigkeit herauslaufen lassen und den Fußball-Ball untersuchen. Das haben wir getan.

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Unser Flummi wird zerlegt

Wir haben erst einmal zwei Löcher in die Außenhülle gepiekt. Dabei ist ein bisschen Flüssigkeit herausgekommen. Wir haben dann von dem einen Loch zum anderen mit einem Messer geschnitten und den Fußball-Ball heraus-genommen. Die Außenschicht haben wir in zwei Teile geteilt und die grünen dehnbaren Stäbchen und die Flüssigkeit herausgeholt. Am Fußball-Ball haben wir keinen Schalter entdeckt:

Das ist die Sammlung von Sachen, die wir im Leucht-Flummi gefunden haben.

Als nächstes haben wir den Fußball mit einer Feinsäge und viel Mühe und Kraft aufgesägt. Im Ball war ein kleines Päckchen dort war drinnen:

Eine Pertinax-Platte mit drei Leucht-Dioden und darunter die Halterung für die Batterien.

Drei kleine Batterien (Knopfzellen), die mit Plastik als Stapel zusammengehalten werden.

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Wir untersuchen die Einzelteile im Flummi

Ohne Strom sehen die Leucht-Dioden weiß und durchsichtig aus.

Auf der braunen Pertinax-Platte kann man von oben die Stellen sehen, wo die oberen beiden Leucht-Dioden eingelötet sind.

Die Verbindung zum Batterie-Gestell ist auch zu sehen.

Das Gestell für die Batterien von unten

Als der Leucht-Flummi noch funktionierte (und noch nicht auseinander gesägt war), da konnten alle drei Leucht-Dioden nach einem Schlag farbig leuchten! – Aber die ausgebauten Batterien waren leer. Deshalb konnten sie nicht mehr die Leucht-Dioden zum Leuchten bringen.

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Wir probieren, auf der Platte die Leuchtdioden zum Leuchten zu bringen

Um auszuprobieren, ob wir sie zum Leuchten bringen, haben wir einen Transformator aus der Sammlung genommen und am Plus- und Minus-Pol Kabel angeschlossen.

Bei dem Transformator konnten wir 3 Volt einstellen.

Wir haben das rote Kabel an + angeschlossen, das schwarze an -.

Diese Kabel haben wir an die Leucht-Dioden gehalten. Und wenn es richtig herum war, haben die Leucht-Dioden geleuchtet. - Wenn wir Strom dran anlegen, leuchten entweder die blaue Leucht-Diode oben zusammen mit der grünen unten oder es leuchtet die rote.

In der Zeichnung sind auf der Pertinax-Platte die Leucht-Dioden eingezeichnet:

1L; ro = rot

2L; bl = blau

3L; gr = grün (Unterseite)

Eine Leuchtdiode hat einen Plastikkopf und zwei „Draht-Stiele“, der eine ist kürzer (nämlich Minus) und der längere ist Plus. Man muss aufpassen, dass man richtig herum anschließt. Wir haben das auch an einer einzelnen Leucht-

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Diode ausprobiert. Bei den Anschlusskabeln haben wir uns das gemerkt, wenn wir Minus in schwarz genommen haben und rot für Plus.

Auf der Pertinax-Platte haben wir den schwarzen Minus bei der blauen Leucht-Diode an den Draht-Stiel geklemmt, der mit dem Batterie-Gestell verbunden ist. Plus an die grüne Leucht-Diode: Es leuchten beide.

Wenn man an der blauen Leuchtdiode Plus und Minus hält, dann leuchtet die grüne Leuchtdiode mit. Wenn man Minus an rot und Plus an blau hält - und man dann die Feder runter drückt, leuchten alle drei Leuchtdioden.

Wir wollten verstehen, wie das kommt

Zuerst haben wir uns einen Stromkreis mit einer durchsichtigen Taschenlampe und zwei Batterien angesehen.

Den Stromkreis in der Taschenlampe kann man sich wie die mit dem roten Strich gezeichnete Verbindung vorstellen. Dabei drückt der Schaltknopf (oben links) ein Metallstück gegen ein anderes. Damit kann der Stromkreis geschlossen werden, so dass die Lichtbirne leuchtet (oder: für AUS wird das geöffnet).

Darin konnte man sehen, dass es eine Verbindung von dem Zeichen Plus (+) der einen Batterie zum Minus (-) der anderen Batterie gibt. Die Lichtbirne ist auf der anderen Seite zwischen Plus und Minus verbunden, wenn ein Schalter eingeschaltet ist.

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Die Batterien der Taschenlampe sind zu groß für unseren Fußball-Ball. Deshalb haben wir Strom aus dem Transformator genommen.

Aber wir wollten auch sehen, ob wir selbst Strom erzeugen können

Das haben wir ausprobiert mit einem Dynamo. Wir haben ausprobiert und gedacht, dass ein Dynamo-Magnet aus vier Magneten besteht. Das kam so:

Wir haben an den runden Dynamo-Magneten außen acht kleine Stabmagneten gehalten. Die hatten eine Seite rot und die andere grau (Nord und Süd) . So haben wir zuerst gedacht, dass im Dynamo-Magneten vier Magnet-Teile sein müssten.

Aber dann haben wir überlegt: Das kann nicht sein. Es liegen sich zwei gleiche außen gegenüber. Dann müssten in der Mitte auch zwei gleiche Teile sein. Das kann bei einem Magneten nicht sein. Deshalb haben wir uns den Dynamo-Magnet noch einmal genau angesehen: Er hat in der Mitte ein Loch und ein Magnet kann gar nicht durchgehend sein.

Wir haben es noch einmal ausprobiert:

Dabei haben wir festgestellt: es müssten acht Dynamo-Magnetteile sein!

Wenn sich der Dynamo-Magnet dreht, erzeugt er Strom.

In dem Dynamo ist 1611 cm langer Kupferdraht drin. Das haben wir festgestellt, als wir eine Dynamo-Spule abgewickelt haben.

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Im Dynamo sind um die Spule (gelb in der Zeichnung) zwei Eisenteile (grau), die von unten und oben draufgesteckt sind. Sie haben beide jeweils vier „Eisenzungen“, die in die Mitte reichen. Sie werden magnetisch, wenn in der Mitte der Dynamo-Magnet mit seinen acht Dynamo-Magnetteilen ist.

Wenn dann der Magnet gedreht wird, erzeugt das Magnetfeld in dem Kupferdraht den Strom.

Das Magnet-Feld konnten wir mit einem Dynamo-Magnet und Eisenfeil-Spänen sehen.

Dazu haben wir in der Sammlung ein Mini-Marmeladen-Glas. Darin ist eine Foto-Dose fest hineingesteckt. Im Deckel ist ein Loch. Durch dieses Loch ist ein Dynamo-Magnet mit seiner Achse gesteckt. Im Glas ist das Pulver aus Eisenfeil-Spänen und kann nicht herausfallen. Die Foto-Dose verschließt das Glas. Wenn jetzt die Achse ganz in die Foto-Dose hinein-geschoben ist, wird die Eisenfeil-Späne vom Dynamo-Magneten ange-zogen. Das Magnetfeld ist beim Drehen gut zu sehen.

Mit einem Fahrrad-Dynamo könnten wir Strom erzeugen. Aber dafür braucht man ein Fahrrad, damit man das Dynamo-Rad schnell genug drehen kann. Wir hatten beim Schulfest kleine Kurbel-Stromgeneratoren, um Strom für die Rennwagen bei der Carrera-Bahn zu erzeugen. Die waren leider kaputt gekurbelt:

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Im Generator werden mit großen Zahnrädern dann kleine viel schneller gedreht. Auf der Achse von dem schnellen kleinen Zahnrad ist dann nochmal ein großes Zahnrad, das ein kleines dreht. Davon wird dann der Dynamo-Generator gedreht.

Mit Fischertechnik haben wir uns selbst solche Zahnräder zusammengebaut. Aber als Verbindung zum Dynamo-Generator haben wir Gummi-Bänder verwendet.

Katharinas Dynamo-Generator

Noemis Dynamo-Generator

Löten

Leider sind bei Noemis Dynamo-Generator die Kabel abgegangen. Da mussten wir sie wieder anlöten. Und das funktioniert so: Man hat ein Gerät, das an der Spitze heiß wird. Die haben wir an einen Kupferdraht gehalten und Lötzinn-Draht. Der ist auch heiß geworden und geschmolzen, bis der Kupferdraht davon voll war. Dann haben wir am Dynamo-Generator den Kontakt heiß gemacht und den Kupferdraht fest.

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So konnten wir unsere Leucht-Dioden zum Leuchten bringen

Für unseren Leucht-Flummi geht das natürlich auch. – Aber wir wollten jetzt auch wissen, wie der Stromkreis in unserer Pertinax-Platte wohl funktioniert.

Mit dem elektonischen Intel-Play-Mikroskop in der Klasse haben wir mit Licht von unten die Platte angesehen und fotografiert:

Hier sieht man die Strom-Verbindungen zwischen den einzelnen Teilen. Wir wollen gern den Stromkreis aufzeichnen, schaffen das aber nicht mehr für diese Arbeit. Hoffentlich gelingt es uns bis zur Ausstellung.

Abschluss:

Unsere Vermutungen vom Anfang waren:

1. Vielleicht ist außen am Fußball ein Schalter, der angeschaltet wird, wenn der Ball gegen die Plastikhülle kommt. Im Ball müssten dann eine Batterie und eine Lampe mit drei Farben sein.

2. Im Fußball ist ein Schalter, der von Innen gegen die Fußballhülle gedrückt wird.

3. Vielleicht ist im Ball eine Art Dynamo, der nur Strom erzeugt, wenn der Ball kräftig aufprallt.

Jetzt wissen wir, dass unsere drei Vermutungen vom Anfang alle nicht richtig sind. Dafür wissen wir aber jetzt, dass der Leucht-Flummi so funktioniert: Im Inneren des Flummis gibt es noch einen weiteren geschlossenen Ball mit drei Knopfzellen. Die haben oben den Plus- und unten den Minus-Pol. Wenn der Flummi stark erschüttert wird, schließt sich im Inneren des kleinen Balls mit einer beweglichen Feder ein Stromkreis, der die Leucht-Dioden zum Leuchten bringt. Der Stromkreis bildet sich durch die Verbindung zwischen dem Plus- und dem Minus-Pol.