Um den Schüler*innen den Advent zu verkürzen und ihnen gleichzeitig die Welt der Physik kreativ näherzubringen, wurde im Dezember 2022 erstmals die Christmas Science Quest unter der Leitung von Prof. Mag. Romana Fiala und Prof. Mag. Martin Haberbauer veranstaltet.
Mitte Dezember wurden die Angabezettel im Schulhaus aufgehängt, wobei die Teilnehmer*innen zwischen einer Aufgabe zur Mechanik „Wann kommt denn das Christkind?“, bei der mithilfe von Geschwindigkeiten der „Flugplan“ des Christkinds zu berechnen war, und einem Rätsel zur Elektrizität „Lichterkette“, welche die Beurteilung der Leuchtstärke von Glühlampen mit verschieden dicken Glühdrähten bei Serien- und Parallel-Schaltung erforderte, wählen konnten. Außerdem konnten Freiwillige anhand eines Weg-Zeit-Diagramms fantasievoll eine „Weihnachtstour“ beschreiben.
Die Ausarbeitungen der Aufgaben waren bis Mittwoch, 21. Dezember 2022 einzusenden, damit diese noch rechtzeitig vor Weihnachten ausgewertet werden konnten.
Am Donnerstag, den 12. Jänner 2023 wurden in der großen Pause schließlich nachträgliche „Weihnachtsgeschenke“ zur Anerkennung der Leistungen überreicht.
All jene, die Lust bekommen haben, kreative Physik-Aufgaben zu lösen, können bei der Easter Science Quest 2023 mitmachen, Informationen folgen im März 2023…
written by Michael Himmelbauer
Aufgabe „Lichterkette“:
Im Weihnachtsmuseum in Steyr gibt es eine alte Lichterkette mit vielen bunten Glühlampen. Da im Laufe der Zeit immer wieder einzelne Lampen kaputt gingen und durch neue ersetzt wurden, besteht sie heute aus vielen unterschiedlichen Glühlampen. Wir wollen zwei davon näher betrachten: Die beiden Glühlampen A und B. Diese unterscheiden sich durch die Dicke ihres Glühdrahtes, wobei Glühlampe B einen dickeren Draht hat als Glühlampe A.
Frage 1: Wenn man die Lichterkette einsteckt, wird jede der beiden Lampen mit den 230 Volt Netzspannung aus der Steckdose versorgt. Es handelt sich also um eine Parallelschaltung der beiden Glühlampen. Welche der beiden Lampen wird heller leuchten – oder leuchten beide gleich hell? Und warum ist das eigentlich so?
Frage 2: Wenn man nun beide Lampen in Serie zueinander schalten und anschließend die beiden Enden dieser Serienschaltung mit einer Steckdose verbinden würde – welche Lampe würde dann heller leuchten? Und warum ist das jetzt der Fall?
(Die Lösung ist am Ende dieses Posts zu finden.)
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Lösung zur Aufgabe „Lichterkette“:
Allgemein: Die Leuchtstärke der Glühlampen ist direkt proportional zu ihrer elektrischen Leistung (P=U*I). Außerdem ist die Dicke des Glühdrahtes indirekt proportional zu seinem elektrischen Widerstand, was bedeutet, dass Glühlampe A aufgrund ihres dünneren Drahtes einen größeren Widerstand hat als Glühlampe B.
Frage 1: Bei einer Parallelschaltung ist die Spannung (physikalisches Formelzeichen: U) in beiden Strängen gleich groß, die Stromstärke (I) teilt sich auf. Aufgrund des Ohm’schen Gesetzes (U=R*I) ist somit für eine große Stromstärke (I) und damit eine hohe elektrische Leistung ein geringer Widerstand (R) erforderlich. Aus diesem Grund wird bei einer Parallelschaltung Glühlampe B heller leuchten.
Frage 2: Bei einer Serienschaltung fließt durch alle Verbraucher dieselbe Stromstärke (physikalisches Formelzeichen: I), die jeweils abfallende Spannung verhält sich gemäß Ohm’schem Gesetz (I=U/R) direkt proportional zur Größe des Widerstandes. Für eine hohe Spannung (U) und damit eine große elektrische Leistung ist somit ein großer Widerstand (R) notwendig. Deshalb würde bei einer Serienschaltung Glühlampe A heller leuchten.
