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Wieso brennt eine Glühbirne?

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Materialien

  • Holzeisenbahn (wenn möglich mit Brücke) oder Pappe
  • Glasmurmeln

Versuch 1
Lupe-Logo-HeaderStecke ein paar gerade Stücke und dahinter ein Brückenstück der Holzeisenbahn zusammen. Alternativ kannst Du auch Pappe nehmen, sie zu einem M falten (1 Berg, 1 Tal- und eine Bergfalte). Auf die Schienen oder in die Mitte des Ms legst Du mehrere Glasmurmeln hinter einander. Lasse jetzt eine Murmel den Berg herunter in Richtung der vielen Glasmurmeln rollen. Nimmst Du Pappe, dann schnippe eine Murmel vom Rand in Richtung der vielen Glasmurmeln.

Was passiert?
Sobald die angeschnippte Glasmurmel die anderen Glasmurmeln berührt, wird am anderen Ende der vielen Glasmurmeln eine Glasmurmel heraus “katapultiert”. So ähnlich kannst Du Dir elektrischen Strom vorstellen. Legt man an die eine Seite eines elektrischen Leiters Strom an, so kommen direkt auf der anderen Seite die Elektronen heraus.

Materialien

  • Fahrrad-Glühbirne
  • 4,5 V Blockbatterie
  • ggf. 2 bis 3 Kabel mit Krokodilklemmen

Versuch 2
energie_gluehbirne

Nimm die Glühbirne schaue sie dir genau an. Jetzt versuche sie zum leuchten zu bringen indem du sie an die beiden Pole der Batterie hälst. Beobachte genau, was passiert, wenn die Lampe leuchtet und was passiert, wenn du sie wieder von der Batterie trennst.

Erklärung
Die Glühbirne leuchtet nur, wenn die Schraubfassung und der untere Pol jeweils an einen Pol der Batterie gehalten wird. Dadurch, dass die Glühbirne einen Doppelwendel hat, deren Kabelquerschnitt sehr klein ist (siehe Bild), fließt hier der Strom sehr schnell durch und heizt die Glühbirne auf. Irgendwann fängt der Glühwendel an zu leuchten. Damit der Glühwendel nicht verbrennt, befindet sich in einer Glühbirne ein Gas, welches nicht brennbar ist (Edelgas).

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Wie erzeugt man Strom? (Solarzelle)

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Es gibt viele Arten Strom zu erzeugen. Drei davon wollen wir uns in nächsten folgenden Experimenten an schauen. Die einfachste Art ist die der Solarzelle.

Materialien

  • 1-3 Solarzellen
  • Glühlampe
  • einige Verbindungskabel

Versuchsdurchführung
Lupe-Logo-HeaderVerbinde den Minuspol der ersten Solarzelle mit dem Pluspol der zweiten Solarzelle. Ferner verbinde den Minuspol der zweiten Solarzelle mit dem Pluspol der dritten Solarzelle. An Pluspol der ersten Solarzelle und Minuspol der dritten Solarzelle schließt du dann eine Glühlampe an, wie sie für Fahrräder verwendet wird.

Was passiert?
Die Glühlampe fängt an zu leuchten, wenn die Solarzellen mit Licht bestrahlt werden. Das Prinzip ist ähnlich, wie bei Versuch 1 von Wieso brennt eine Glühbirne?. Die Solarzelle besteht aus mehreren Schichten. Treffen nun Lichtstrahlen auf die Solarzelle, so “schlagen” sie Elektronen aus der ersten Schicht heraus. Diese wandern in die zweite Schicht und von da in den angeschlossenen Stromleiter und durch eine angeschlossene Glühlampe mit angeschlossenem Stromleiter dann wieder zurück zur Solarzelle.

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Wie erzeugt man Strom? (Schraubenmotor)

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Es gibt viele Arten Strom zu erzeugen. Drei davon wollen wir uns in nächsten folgenden Experimenten an schauen.

Materialien

  • Batterie der Größe AA
  • Holzschraube
  • Ein etwa sieben Zentimeter langes Kabel
  • Neodym-Magnet (gibt es beispielsweise hier bei Amazon)

Versuchsdurchführung
Lupe-Logo-HeaderNimm das Kabel und entferne an beiden Enden ca. 1 cm der Isolierung. Die Schraube wird auf den Neodym-Magnet gestellt. Die Spitze der jetzt magnetischen Schraube hält man an den (flachen) Minuspol der Batterie. Dann halte das eine Ende des Kabels an den positiven Pol der Batterie, das andere Ende seitlich an den Neodym-Magneten und beobachte wie die Schraube rotiert.

Was passiert?
Mit dem Draht erzeugt man in der Batterie einen Kurzschluss, so dass hohe Ströme durch die Schraube und den Magneten zum Draht hin fließen. Die Elektronen sind auf diesem Weg dem starken Magnetfeld des Neodym-Magneten ausgesetzt. Geladene Teilchen wie Elektronen werden in einem Magnetfeld jedoch abgelenkt. Da es keine Kraft ohne Gegenkraft gibt, wird die Schraube in Rotation versetzt.
Achtung: Bei Neodym-Magneten handelt es sich nicht um ein Kinderspielzeug. Je nach Größe des Magneten kann es zu Quetschungen und anderen Verletzungen kommen. So können Neodym-Magnete auch splittern, wenn sie beispielsweise mit großer Wucht aufeinander treffen. Bitte Kindern nur unter Aufsicht geben.

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Wie erzeugt man Strom? (die sprechende Kartoffel)

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Die dritte Art Strom zu erzeugen geht, in dem man 2 unterschiedliche Metalle und eine so genannte Elektrolytlösung verwendet. Den Erwachsenen ist dies von der Autobatterie oder auch normalen Batterien bekannt.

Materialien

  • eine Kartoffel, Apfel, Zitrone o.ä.
  • verschiedene Metalle (Nägel, Schrauben oder etwa Münzen 5ct und 10ct)
  • einen Kopfhörer

Versuchsdurchführung
Eva-Wie_baut_man_sich_eine_BatterieStecke die beiden Gegenstände aus unterschiedlichen Metallen in die aufgeschnittene Kartoffel (1x 5ct, 1x 10ct) und zwar so, dass der Stecker des Kopfhörers genau dazwischen passt. Gegebenenfalls kannst du auch Kabel mit Krokodilklemmen nehmen. Setze den Kopfhörer auf. Je nach Art der Metalle hörst Du ein mehr oder weniger lautes Knackgeräusch. Das ist der Strom. Du kannst dir die Spannung zwischen den Metallen auch durch ein Messgerät anzeigen lassen, falls du eines zur Hand hast. Das Experiment funktioniert auch mit einem Apfel oder einer Zitrone. Werden mehrere Kartoffeln mit Kabeln hintereinander verkabelt, so kann man sogar eine Glühlampe zum Leuchten bringen.

Was passiert?
Der Saft der Kartoffel ist eine Strom-leitende Flüssigkeit. Die Elektronen des unedleren Metalls wandern in den Kartoffelsaft. Das Metall ist dann negativ geladen. Dem edleren Metall werden durch den Saft negativ geladene Teilchen entzogen, die Elektronen, wodurch dieses positiv geladen ist. Verbindet man die beiden Metalle oder Elektroden mit dem Stecker des Kopfhörers, so fließt Strom, weil sich die Ladungen zwischen Pluspol und Minuspol ausgleichen.

Achtung!
Bitte Kartoffel, Apfel oder Zitrone nach dem Experiment entsorgen. Auf keinen Fall essen.

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Warum fällt der Karton nicht vom Tisch?

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Materialien

  • Schuhkarton
  • einige kleine 100 ml) mit Wasser gefüllte Flaschen
  • oder Steine

Einleitende Frage
Auf dem Tischrand steht ein Karton, der eindeutig über die Mitte übersteht.
Warum fällt der Karton nicht vom Tisch?

Erklärung
schwerpunkt_kartonDas Geheimnis ist sein Inneres. In einer Ecke des Kartons stehen wassergefüllte Flaschen. Diese sorgen dafür, dass der Schwerpunkt auf diese Seite hin verlagert wird.

Versuchsdurchführung
Fülle 100 ml Flaschen mit Wasser und klebe diese mit Doppelklebeband in eine Ecke des Schuhkartons. Nun ermittele den Schwerpunkt des Kartons, indem du ihn an jeder Ecke festhältst und einen senkrechten Strich von der Ecke nach unten zeichnest. Da, wo sich alle 4 Striche treffen, ist der Schwerpunkt. Dieser muss sich auf dem Tisch befinden. Dann fällt der Schuhkarton nicht herunter.

Sieh dir auch das Experiment “Was ist der Schwerpunkt und wie kann man ihn ermitteln?” an.

schwerpunkt_karton2

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Warum fällt der Seiltänzer nicht vom Seil?

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Materialien

  • Versuch 1: Kleiderbügel, 2 Plastikeimer
  • Versuch 2: Stange, Bindfaden, Luftballons, Tesa-Film
  • Versuch 3: Bindfaden zwischen zwei Stangen, Pappclown, Geldstücke, Tesa-Film

Einleitung
Vielleicht hast du im Zirkus oder im Fernsehen schon einmal gesehen, dass viele Seiltänzer eine lange, nach unten gebogene Stange in den Händen halten. Wozu die Artisten dieses Hilfsmittel benutzen, kannst du selbst mit dem nachfolgenden Experiment ausprobieren:

Versuch 1
Aus einem Kleiderbügel und zwei Eimerchen wird eine Waage gebaut und ausprobiert, wann die Waage im Gleichgewicht ist. Die Waage ist selbstverständlich dann im Gleichgewicht, wenn beide Eimer gleich schwer bzw. im Falle des Seiltänzers die Stange genau in der Mitte gehalten wird. Meistens ist der Schwerpunkt (der Punkt an dem nach außen hin alle Teile gleich schwer sind) in der Mitte eines Körpers. Durch die an den Enden herunter hängende Stange, die im Übrigen hohl ist und nur in den Enden Gewichte enthält, verlagert sich der Schwerpunkt des Seiltänzers nach unten. Das erleichtert dem Seiltänzer das balancieren auf dem Seil.

Versuch 2
schwerpunkt_seiltaenzerDen Versuch mit dem Seiltänzer kannst Du auch mit einem Strohhalm und zwei Luftballons wiederholen. Befestige hierzu jeweils einen aufgeblasenen Luftballon an den Enden des Strohhalms. Hänge den Strohhalm in der Mitte so auf, dass er in der Waage ist. Jetzt lasse einen Luftballon platzen. Was passiert? Der volle Luftballon enthält immer noch Luft. Die Luft hat aber ein Gewicht. Der Luftballon ist deshalb schwerer und zieht die Waage auf dieser Seite nach unten. Wenn Du willst, kannst Du jetzt noch ausprobieren, wie viele Büroklammern du brauchst, damit der geplatzte Luftballon gleich schwer ist, wie der volle Luftballon.

Versuch 3
schwerpunkt_seiltaenzer2Den Versuch mit dem Seiltänzer kannst Du auch mit einem Strohhalm und zwei Luftballons wiederholen. Befestige hierzu jeweils einen aufgeblasenen Luftballon an den Enden des Strohhalms. Hänge den Strohhalm in der Mitte so auf, dass er in der Waage ist. Jetzt lasse einen Luftballon platzen. Was passiert? Der volle Luftballon enthält immer noch Luft. Die Luft hat aber ein Gewicht. Der Luftballon ist deshalb schwerer und zieht die Waage auf dieser Seite nach unten. Wenn Du willst, kannst Du jetzt noch ausprobieren, wie viele Büroklammern du brauchst, damit der geplatzte Luftballon gleich schwer ist, wie der volle Luftballon.

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Wieso werden die Blätter im Herbst bunt?

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Von grün über gelb, ocker, rot bis braun: Im Herbst wird es in der Natur richtig bunt. Wie kommt diese Farbenpracht aber zustande?

Achtung
Nachfolgender Versuch sollte auf jeden Fall von einem Erwachsenen oder unter Aufsicht durchgeführt werden. Er liefert in dieser Versuchsanordnung NICHT die volle Farbenpracht, wie sie möglich wäre, wenn statt dem Alkohol (Isopropanol) geeignetere aber gefährlichere Lösungsmittel (z.B. Petrolether, Chloroform oder Benzin) und statt Filterpapier Dünnschichtchromatographie-Platten verwendet worden wären (siehe Quellenangabe).

Materialien

  • mehrere noch grüne Blätter
  • Reibschale inkl. Mörser
  • Isopropanol (so wie es im Winter in die Scheibenwaschanlagen gefüllt wird; ohne Zusatz von Seifenbestandteilen)
  • Filterpapier
  • Natron

Versuchsdurchführung
Lupe-Logo-HeaderDie Blätter werden klein geschnitten und mit etwas Isopropanol und einer Messerspitze Natron in der Reibschale verrieben. Möchte man den ganzen Farbstoff herauslösen, so kann das Gemisch im Kochtopf unter dem Abzug auf unter 80°C 30-60 Minuten erwärmt werden. ACHTUNG: abdecken und offene Flammen fern halten. Isopropanol ist brennbar.

In die nun grüne Lösung wird ein Stück Filterpapier so lange hinein gehalten bis die Lösung 1,5 cm am Filterpapier hinauf gestiegen ist. Das gefärbte Filterpapier wird nun in ein Glas gestellt, welches zu 0,5 mm hoch mit sauberem Isopropanol gefüllt ist.

Der Farbstoff aus dem Blatt trennt sich nach einiger Zeit in seine Bestandteile auf. Die beiden grünen Streifen in der Mitte sind das Blattgrün (Chlorophyl). Ganz oben sieht man einen Streifen Carotin, der für die rotbraune Blattfärbung verantwortlich ist.

Erklärung
Die grüne Farbe der Blätter wird durch zwei Blattfarbstoffe, gelbes und blau-grünes Chlorophyll, verursacht. Im Herbst wandert der blau-grüne Anteil des Farbstoffes zurück durch die Blattadern und -zweige in den Stamm und dann in die Wurzeln des Baumes. Dort wird er gespeichert. Der gelbe Farbstoff bleibt zurück und gibt den Blättern ihre Farbe. Die absterbenden Blätter des Baumes können im Herbst den Sauerstoff nicht mehr verarbeiten. Dieser färbt nun durch einen chemischen Umwandlungsprozess den im Zellsaft noch vorhandenen gelben Farbstoff rot. Das oben beschriebene Verfahren nennt man Chromatographie und wird häufig in der Chemie genutzt um mehrere Stoffe voneinander zu trennen.

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Wie erkennt man alte Eier?

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Materialien

  • mehrere Eier (frische sowie alte)
  • 2 mit (warmem) Wasser gefüllte Gläser
  • Salz
  • 2 Unterteller

Versuch 1
Lupe-Logo-HeaderLege ein frisches und ein altes Ei in jeweils ein Wasserglas. Erkläre deine Beobachtung. Schlage beide Eier vorsichtig auf den Tellern auf und schaue sie dir genau an.

Versuch 2
Lege das frische Ei ins warme Wasser (es sinkt auf den Boden). Jetzt füge nach und nach Salz dem Wasser hinzu und rühre vorsichtig um. Was passiert ?

Erklärung
Je älter ein Ei ist, desto poröser wird seine Schale und gibt nach und nach Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf ab. Dafür nimmt das Ei Luft auf, woraufhin eine ungleichmäßige Massenverteilung entsteht. Es entsteht eine Luftblase im Ei. Bei einem frischen Ei ist die Luftblase sehr klein. Dadurch hat das Ei eine größere Dichte als Wasser. Es sinkt zu Boden. Bei einem alten Ei ist die Luftblase sehr groß, was dazu führt, dass das Ei schwimmt. Durch das hinzu gegebene Salz, welches sich in dem Wasser gelöst hat, bekommt die Lösung nun eine höhere Dichte als das Hühnerei.

Übereinstimmend mit dem Archimedischen Gesetz, kann dieses nun ohne Probleme schwimmen. In der Natur kommt dieses Phänomen übrigens auch vor: Im Toten Meer in Israel. Dort ist die Salzkonzentration sogar so hoch, dass Menschen ohne eigene Schwimmbewegungen auf dem Wasser schwimmen, beziehungsweise liegen können.

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Wie sieht ein Ei von innen aus?

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Materialien

  • 1 rohes Ei
  • Nadel
  • Pinzette
  • Schere
  • Lupe
  • Untertasse
  • Papiertücher

Versuchsdurchführung
White_chicken_egg_square

  • Lege das Papiertuch zusammengefaltet auf die Untertasse und das Ei auf das Papiertuch. Zeichne auf das Ei einen Kreis und bohre in kleinen Abständen Löcher in die Eischale. Nimm dann die Pinzette und brich vorsichtig kleine Stücke aus der Eierschale. Achte darauf, dass das Ei-Innere nicht beschädigt wird.
  • Lass den Inhalt des geöffneten Eies auf den flachen Teller fließen, ohne die Dotterkugel zu beschädigen.
  • Halte den Teller etwas schräg und lass das Ei hin- und hergleiten. Beobachte das Eiklar und die weißen Hagelschnüre genau. Kannst du die kleine Keimscheibe auf der Dotterkugel erkennen?
  • Stich mit der Gabel in die Dotterhaut.
  • Untersuche die Eischale von innen. Sieht sie an beiden Enden gleich aus?
  • Versuche, mit einer Bleistiftspitze die Eischale von außen und danach von innen zu durchstoßen. Was fällt dir auf?

Erklärung
Die Eischale besteht hauptsächlich aus Kalk und hat sehr viele Poren. Diese Poren sind für die Atmung des Kükens wichtig. Sie haben genau die richtige Größe, damit sie das Küken ausreichend mit Sauerstoff versorgen. Aber sie sind auch nicht zu groß, weil dann das Ei austrocknen würde. Am stumpfen Ende des Eies gibt es die meisten Poren. Deshalb ist dort auch die Luftkammer. Je älter das Ei ist, desto größer wird die Luftkammer, weil durch die Poren Feuchtigkeit nach außen entweicht und der Eiinhalt langsam austrocknet. Außen auf der Eischale befindet sich die Kutikula. Das ist eine sehr dünne Haut. Sie verhindert das Eindringen von Keimen in das Eiinnere. Innen an der Schale befindet sich die Schalenhaut. Sie besteht aus zwei Membranen. Die Schalenmembran liegt an der Innenseite der Schale und die Eimembran umhüllt den Eiinhalt. Die Luftkammer liegt zwischen den beiden Membranen. Das Eiklar besteht aus vier Schichten, die abwechselnd zähflüssig und dünnflüssig sind. Aus der inneren, zähflüssigen Schicht wurden die Hagelschnüre gebildet. Sie sind schraubenförmig gedreht und sorgen dafür, dass die Dotterkugel genau in der Mitte des Eies gehalten wird. Das ist wichtig für das entstehende Küken, weil sich in der Mitte die Wärme am längsten hält. Wenn die Henne das Gelege verlässt, um Futter zu suchen, kühlt die Außenseite der Eier zu schnell ab. Außerdem wirkt das Eiklar zusammen mit den Hagelschnüren auch wie ein Stoßdämpfer. Dotter, Dottermembran und Keimscheibe bilden die Dotterkugel. Die Keimscheibe kann man als kleinen weißlichen Fleck oben auf dem Dotter erkennen. Die Keimscheibe liegt immer oben auf dem Dotter, weil der Dotter unten schwerer ist als oben. Wenn die Henne die Eier im Nest dreht, damit sie gleichmäßig gewärmt werden, dreht sich der an den Hagelschnüren aufgehängte Dotter mit. Dadurch ist die Keimscheibe immer der brütenden Henne und damit der wärmsten Stelle zugewandt.

Innerhalb von 21 Tagen bildet sich aus einer befruchteten Keimscheibe ein Küken. Lebensmitteleier sind unbefruchtet. Manchmal kann man einen kleinen rötlich-braunen Fleck auf dem Dotter sehen. Das heißt nicht, dass das Ei befruchtet wurde. Es ist ein kleines Teilchen, das ganz am Anfang im Eileiter mit eingeschlossen wurde. Die Dottermembran schützt den Dotter vor dem Auslaufen. Sie würde aber leicht zerreißen, wenn das Eiklar die Stöße nicht abfangen würde.

Bildnachweis: Wikipedia

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Warum nennt man Eiklar auch Eiweiß?

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Materialien

  • mehrere rohe Eier
  • Becherglas
  • kochendes Wasser (bei Schulkindern)
  • Essig- oder Zitronensäure (für Kindergarten)
  • Alkohol (bei Erwachsenen 🙂 )

Versuchsdurchführung
Lupe-Logo-Header

  • Für Schulkinder: Schlage das Ei auf und trenne das Eiklar vom Eigelb. Erhitze im Becherglas Wasser auf 40°C und schütte dann das Eiklar in das Wasser. Jetzt erhitze das Wasser weiter. Bei 60°C fällt das Eiklar aus und bildet irreversibel Eiweiß.
  • Für Kindergartenkinder: Schütte das Eiklar in ein leeres Becherglas und füge etwas Säure hinzu. An den Stellen, wo die Säure bzw. der Alkohol zugegeben wurde, fängt das Eiklar an zu gerinnen und bildet Eiweiß aus.
  • Für Erwachsene: Schütte das Eiklar in ein leeres Becherglas und füge etwas Alkohol hinzu. An den Stellen, wo die Säure bzw. der Alkohol zugegeben wurde, fängt das Eiklar an zu gerinnen und bildet Eiweiß aus.

Erklärung
Das Eiklar besteht aus mehreren Eiweißstoffen. Eiweiße bestehen aus riesigen Molekülen, die aus vielen Aminosäuren zusammengesetzt sind. Man kann sich diese langen Molekülketten wie gegeneinander bewegliche Bindfäden vorstellen. Bei starker Hitze oder Säure- bzw. Alkoholeinwirkung treten dieses Fäden miteinander in Verbindung, wobei die Struktur starr wird und eine Verschiebung nicht mehr möglich ist. Weil im Eigelb sogar mehr Eiweiß als im Eiklar enthalten ist, wird beim Eierkochen natürlich auch dieses fest. Das Eiweiß des Hühnereis gerinnt bei 60 °C. Es flockt aus. Diese Gerinnung kann nicht wieder rückgängig gemacht werden. Man spricht deshalb auch von einer Denaturierung des Eiweiß. Auch wir Menschen haben in unserem Blut Eiweiß. Dieses gerinnt aber schon bei einer Temperatur von etwa 45 °C; deshalb ist hohes Fieber so gefährlich. Nicht nur Hitze kann das Eiweiß zum Gerinnen bringen, sondern auch Säuren oder Alkohol, Schwermetalle und Röntgenstrahlen.

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