Laborsimulator für Elektrotechnik¶
Ein interaktives Praktikum zur Elektrizitätslehre, von der Grundschule bis zur Oberstufe
Verfügbar im Browser und auf dem Mac
Über das Projekt¶
Experimenters ist ein Elektrotechnik-Labor für Computer, Tablets und Smartphones. Wir bieten ein interaktives Praktikum und verschiedene Beispielschaltungen.
Das Labor öffnet sich im Browser, und die Mac-Version gibt es im Mac App Store; Versionen für die anderen Plattformen folgen.
Sie nehmen Messgeräte und Bauteile aus dem Panel, platzieren sie an der Wand und verbinden sie mit Kabeln; jedes Gerät hat eigene Drehknöpfe und Schalter. Die Simulation läuft, während Sie die Schaltung aufbauen und verändern, und nichts hindert Sie daran, einen Fehler zu machen. Schließen Sie das Amperemeter parallel zu einer Glühlampe an, und die Quelle schaltet sich bei Überlast von selbst ab, wie es ein Labornetzgerät tut.
Interaktive Versuche¶
Jeder Versuch ist eine Seite mit dem bereits verdrahteten Aufbau und einem Arbeitsblatt darunter, von der Durchführung bis zum erwarteten Ergebnis. Die Schüler öffnen den Link und beginnen zu messen; vor der Stunde muss nichts eingerichtet werden. Sie können die Schaltung auf der Seite verändern, und Neu beginnen im Menü setzt sie zurück. Eine Lehrkraft kann einen Wert ausblenden, etwa die Farbringe eines Widerstands, damit die Schüler ihn mit den Messgeräten bestimmen.
Am Experimentierplatz¶
Schließen Sie die Quelle kurz, und ihr Netzschalter springt von selbst auf Aus; die Kontrollleuchte blinkt rot, bis Sie die Quelle wieder einschalten.
Legen Sie an eine Glühlampe eine zu hohe Spannung an, und der Glühfaden blitzt auf und brennt durch. Um eine neue Glühlampe einzusetzen, wählen Sie sie aus und deaktivieren Sie Durchgebrannt. Eine durchgebrannte Sicherung ersetzen Sie auf die gleiche Weise, mit Durchgebrannt.
Belasten Sie eine Batterie, und das Voltmeter zeigt weniger an, als der Aufdruck angibt. Die Zelle hat einen Innenwiderstand; den haben auch die Quellen und die Kabel, deshalb können zwei gleiche Zweige leicht unterschiedliche Messwerte liefern.
Schalten Sie das Raumlicht aus, und Sie sehen einen Glühfaden, der bei eingeschaltetem Licht zu schwach leuchtet, um aufzufallen, oder den Draht einer Sicherung, der kurz vor dem Durchschmelzen rot glüht.
Verlangsamen Sie die Simulation, und ein Aufblitzen, das einen Sekundenbruchteil dauert, lässt sich leicht verfolgen. Sie können eine Schaltung in einer Datei speichern und das Labor aus dem Browser als App installieren, die dann ohne Netzwerkverbindung startet.
Laborausstattung¶
Spannungsquellen¶
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Gleichspannungsquelle
Schaltet sich bei Überlast von selbst ab.
Versuch: Kurzschluss
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Wechselspannungsquelle
Dient zugleich als Signalgenerator für das Oszilloskop.
Versuch: Wechselspannung am Oszilloskop
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Batterie
Ihre Spannung sinkt unter Last, sodass Sie den Innenwiderstand der Zelle messen können.
Versuch: Quellenspannung und Innenwiderstand
Messgeräte¶
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Amperemeter
Misst Gleichstrom oder den Effektivwert von Wechselstrom.
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Voltmeter
Misst Gleichspannung oder den Effektivwert von Wechselspannung.
Versuch: Effektivwert
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Wattmeter
Summiert die an die Last abgegebene Energie über die Zeit.
Versuch: Elektrische Arbeit und Leistung
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Oszilloskop
Seine Kanäle haben eine gemeinsame Masse – die übliche Falle, wenn Sie zwei Spannungen gleichzeitig messen.
Versuch: Phasenverschiebung
Bauteile¶
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Widerstand
Versuch: Ohmsches Gesetz
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Schiebewiderstand
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Potentiometer
Versuch: Spannungsteiler mit Potentiometer
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Kondensator
Versuch: Laden und Entladen eines Kondensators mit Voltmeter
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Spule
Versuch: Selbstinduktion beim Ausschalten
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Transformator
Blenden Sie die Windungszahlen aus, und das Übersetzungsverhältnis muss aus den Spannungen bestimmt werden.
Licht und Halbleiter¶
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Glühlampe
Ein kalter Glühfaden hat einen viel kleineren Widerstand, deshalb macht der Strom im Moment des Einschaltens einen Sprung.
Versuch: Strom-Spannungs-Kennlinien
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LED
Versuch: Diode und LED
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Diode
Versuch: Gleichrichter
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NPN-Transistor
Versuch: Transistor als Schalter
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PNP-Transistor
Schalten und Absichern¶
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Schalter
Versuch: Geschlossener und offener Stromkreis
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Taster
Hält den Stromkreis nur geschlossen, solange Sie ihn gedrückt halten.
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Wechselschalter
Versuch: Wechselschaltung im Treppenhaus
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Sicherung
Bei einem Kurzschluss brennt eine Sicherung für einen kleinen Strom durch, bevor die Schutzschaltung der Quelle ansprechen kann.
Versuch: Sicherung
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Sammelschiene
Wo sich die Schaltung verzweigt, stecken Sie mehrere Kabel in sie ein.
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Black Box
Verstecken Sie darin eine Schaltung, und die Schüler müssen anhand von Messungen an den Anschlüssen herausfinden, was in der Box steckt. Oder bauen Sie Ihr eigenes zusammengesetztes Bauteil.
Sprachen¶
Das Labor, die Arbeitsblätter und diese Website gibt es auf Englisch, Spanisch, Deutsch, Französisch, Italienisch, brasilianischem Portugiesisch, Polnisch, Türkisch, Indonesisch, Russisch, Ukrainisch, Chinesisch, Japanisch und Koreanisch. Die Sprache des Labors wählen Sie in den Einstellungen.
Erste Erfolge¶
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Teilnehmer des Vorinkubationsprogramms
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Zweiter Platz der Woche