Die Blätter folgen dem Lernweg der Website: beobachten, erklären, rechnen und anwenden. Pflichtaufgaben sind mit den Infokästen ohne weitere Quellen lösbar.

Physik · Klasse 10Blatt 1 · Seite 1/2 · insgesamt etwa 40 Minuten

Induktion entdecken

Name: __________________________Datum: __________

Lernziel: Ich kann erklären, wann in einer Spule eine Spannung entsteht.

MaterialArbeitsblatt, Stift, Lernwebsite

Arbeitsformallein, leise

So gehst du vorlesen → ausprobieren → notieren → prüfen

Grundidee

Ein Magnet besitzt ein Magnetfeld. Bewegt man Magnet und Spule gegeneinander, ändert sich das Magnetfeld in der Spule. Dadurch entsteht eine Spannung. Diesen Vorgang nennt man Induktion.

Änderung des Magnetfeldes → Induktionsspannung

1 · BeobachtenPflicht

Öffne transformator.html und wähle 1 · Induktion. Führe die vier Versuche nacheinander aus und trage ein, was das Spannungsmessgerät zeigt.

Versuch	Beobachtung
Magnet langsam in die Spule bewegen
Magnet schnell in die Spule bewegen
Magnet in der Spule stillhalten
Magnet aus der Spule herausbewegen

2 · VergleichenPflicht

Vervollständige.

Je schneller die Bewegung, desto ____________________________________________.

Steht der Magnet still, dann ________________________________________________.

Beim Umkehren der Bewegung ________________________________________________.

3 · ErklärenDenkaufgabe

Ein Magnet liegt ruhig in einer Spule. Das Magnetfeld ist stark. Trotzdem zeigt das Messgerät 0 V. Erkläre diesen scheinbaren Widerspruch.

Hilfe, falls du nicht weiterkommst: Nutze den Satzstarter: „Nicht die Stärke des Magnetfeldes allein ist entscheidend, sondern ...“

Kurz prüfen:□ Tabelle vollständig□ Änderung genannt□ Fachwort Induktion verwendet

Blatt 1 · Induktion und Aufbau des TransformatorsSeite 2/2

Wie arbeitet ein Transformator?

Dein Weg:4 Bauteile5 Wechselspannung6 Stromkreise7 Alltag

Die Wirkungskette

1 Wechselstrom fließt durch die Primärspule.

2 Im Eisenkern entsteht ein wechselndes Magnetfeld.

3 Das Feld durchsetzt die Sekundärspule.

4 Dort wird eine Wechselspannung induziert.

4 · ZuordnenPflicht

Ordne die Begriffe den Beschreibungen zu: Primärspule · Sekundärspule · Eisenkern.

Beschreibung	Bauteil
liegt am Eingang und erzeugt das wechselnde Magnetfeld
leitet das Magnetfeld durch beide Spulen
liegt am Ausgang; in ihr entsteht die Ausgangsspannung

5 · ErklärenPflicht

Warum funktioniert ein Transformator nur mit einer sich ändernden Spannung, also mit Wechselspannung?

6 · RichtigstellenSelbstcheck

Lea sagt: „Der Strom fließt durch den Eisenkern von der ersten zur zweiten Spule.“ Erkläre den Fehler.

7 · AnwendenTransfer

Eine elektrische Zahnbürste lädt ohne offene Metallkontakte. Beschreibe die Energieübertragung mit den Begriffen Spule, Magnetfeld, Induktion.

Ich kann jetzt …□ Induktion erklären□ Bauteile benennen□ die Wirkungskette beschreiben

Physik · Klasse 10Blatt 2 · Seite 1/2 · insgesamt etwa 40 Minuten

Wie verändert ein Trafo die Spannung?

Name: __________________________Datum: __________

Lernziel: Ich kann vorhersagen und berechnen, wie sich die Windungszahlen auf die Spannung auswirken.

MaterialArbeitsblatt, Stift, Lernwebsite

Arbeitsformallein, leise

Rechenwegvorhersagen → einsetzen → rechnen → prüfen

Spannungsregel des idealen Transformators

U₂ / U₁ = N₂ / N₁ oder U₂ = U₁ · N₂ / N₁

U steht für Spannung in Volt (V), N für die Anzahl der Windungen. Index 1 bezeichnet den Eingang, Index 2 den Ausgang.

Plausibilitätscheck: Mehr Windungen am Ausgang ergeben eine größere Ausgangsspannung. Weniger Windungen ergeben eine kleinere Ausgangsspannung.

1 · VorhersagenPflicht

Trage zuerst nur „größer“, „kleiner“ oder „gleich“ ein.

Vergleich der Windungen	Vergleich der Spannungen
N₂ > N₁	U₂ ist __________ als U₁.
N₂ < N₁	U₂ ist __________ als U₁.
N₂ = N₁	U₂ ist __________ U₁.

2 · Schrittweise berechnenPflicht

Gegeben: U₁ = 12 V, N₁ = 400 und N₂ = 200.

a) Vorhersage: U₂ ist __________________ als U₁.

b) Einsetzen: U₂ = ______ V · ______ / ______

c) Ergebnis mit Einheit: U₂ = __________________

d) Passt das Ergebnis zur Vorhersage? Begründe kurz.

3 · ÜbenSelbstcheck

U₁	N₁	N₂
6 V	200	400
10 V	500	100
8 V	300	300

Hilfe 1: Für U₂ steht N₂ oben im Bruch. Hilfe 2: Prüfe vor dem Rechnen: Muss U₂ größer, kleiner oder gleich U₁ sein?

Blatt 2 · Spannung am TransformatorSeite 2/2

Rechnen und anwenden

Dein Weg:4 planen5 Fehler finden6 simulieren7 einschätzen

4 · Eine Windungszahl bestimmenPflicht

Ein idealer Trafo soll aus U₁ = 24 V die Spannung U₂ = 6 V erzeugen. Die Primärspule hat N₁ = 800 Windungen.

a) Muss der Trafo hoch- oder heruntertransformieren? ________________________

b) Die Ausgangsspannung ist der ______-te Teil der Eingangsspannung. Daher braucht die Sekundärspule den ______-ten Teil der Windungen.

c) Berechne N₂.

Hilfe: N₂ = N₁ · U₂ / U₁. Prüfe danach: Weniger Spannung muss auch weniger Windungen bedeuten.

5 · Einen Denkfehler findenSelbstcheck

Mika rechnet bei U₁ = 10 V, N₁ = 200 und N₂ = 600:

U₂ = 10 V · 200 / 600 = 3,3 V

Erkläre den Fehler und berechne das richtige Ergebnis.

6 · Mit der Simulation prüfenTransfer

Öffne transformator.html, wähle 2 · Transformator und stelle U₁ = 12 V sowie N₁ = 400 ein. Verändere nur N₂.

N₂	Deine Vorhersage für U₂	Anzeige der Simulation
200
400
800

Formuliere eine Regel: Verdoppelt man N₂, dann ______________________________.

7 · ReflektierenAbschluss

Was war heute für dich am schwierigsten?

☐ Wirkungskette ☐ Begriffe ☐ Formel einsetzen ☐ Ergebnis prüfen

Ich kann jetzt …□ Spannung vorhersagen□ U₂ berechnen□ mein Ergebnis prüfen

Sicherheit: Die Rechnungen und Versuche sind Modelle. Transformatoren niemals selbst an eine Steckdose anschließen.

Lösungen · Lehrkraft oder SelbstkontrolleBlatt 1

Lösungen: Induktion und Aufbau

1 · Beobachten

Versuch	Beobachtung
langsam hinein	kleine Spannung
schnell hinein	größere Spannung
stillhalten	0 V
herausbewegen	Spannung mit umgekehrter Anzeigerichtung

2 · Vergleichen

Je schneller die Bewegung, desto größer ist die Induktionsspannung. Beim Stillstand ist die Spannung null. Beim Umkehren der Bewegung kehrt sich die Richtung der Spannung um.

3 · Ruhender Magnet

Ein Magnetfeld allein genügt nicht. Nur wenn sich das Magnetfeld in der Spule ändert, entsteht eine Induktionsspannung. Beim ruhenden Magneten findet keine Änderung statt.

4 · Bauteile

Eingang: Primärspule · Feldleitung: Eisenkern · Ausgang: Sekundärspule.

5 · Wechselspannung

Wechselspannung erzeugt einen Wechselstrom und damit ein sich ständig änderndes Magnetfeld. Dieses Feld induziert in der Sekundärspule eine Spannung. Ein dauerhaft unverändertes Feld erzeugt keine dauerhafte Induktionsspannung.

6 · Strom im Eisenkern?

Die Stromkreise sind elektrisch getrennt. Durch den Eisenkern fließt kein Strom von einer Spule zur anderen. Das wechselnde Magnetfeld überträgt die Energie.

7 · Zahnbürste

Die Spule der Ladestation erzeugt ein wechselndes Magnetfeld. Dieses Feld durchsetzt die Spule in der Zahnbürste. Dort wird eine Spannung induziert; die Ladeelektronik versorgt damit den Akku.

Mindeststandard: Lernende verwenden „Änderung des Magnetfeldes“, benennen beide Spulen und beschreiben die elektrische Trennung korrekt.

Lösungen · Lehrkraft oder SelbstkontrolleBlatt 2

Lösungen: Spannungen berechnen

1 · Vorhersagen

N₂ > N₁ → U₂ ist größer. N₂ < N₁ → U₂ ist kleiner. N₂ = N₁ → U₂ ist gleich U₁.

2 · Schrittweise Rechnung

U₂ ist kleiner als U₁.
U₂ = 12 V · 200 / 400 = 6 V. Das passt zur Vorhersage, weil die Sekundärspule halb so viele Windungen besitzt.

3 · Üben

U₁	N₁	N₂	Richtung	U₂
6 V	200	400	hoch	12 V
10 V	500	100	herunter	2 V
8 V	300	300	gleich	8 V

4 · Windungszahl

Der Trafo transformiert herunter. 6 V sind der vierte Teil von 24 V. Daher braucht die Sekundärspule den vierten Teil der Windungen:

N₂ = 800 · 6 / 24 = 200 Windungen

5 · Denkfehler

Mika hat N₁ und N₂ im Bruch vertauscht. Weil N₂ dreimal so groß wie N₁ ist, muss U₂ dreimal so groß wie U₁ sein:

U₂ = 10 V · 600 / 200 = 30 V

6 · Simulation

N₂	U₂
200	6 V
400	12 V
800	24 V

Regel: Verdoppelt man N₂ bei unverändertem U₁ und N₁, dann verdoppelt sich U₂.

Typische Fehler: Indizes vertauscht, Windungszahl mit Volt versehen oder Ergebnis nicht mit der Vorhersage verglichen. Ansatz, Rechnung und Einheit getrennt rückmelden.