Details, Videos und Aufbauhinweise zum Wasserradexperiment

Videos zum Versuch

Zusammenbau:

Mit dieser z.B. bei Amazon erhältlichen Turbine mit integrierten Generator, einer aufgeschnittenen PET Flasche und Schlauchmaterial aus dem Standard Gartenzubehör, können verschiedene Versuche zur Spannungsgewinnung durchgeführt werden.

Zusammenbauvideo

Man steckt das Wasserrad durch einen Halter mit Ring ( s.u.) oder haltert mit einer Klemme.Dann schraubt man an die Enden Handverbinder (21mm) und verbindet mit einem Gartenschlauch. Am Ende kann eine aufgeschnittene Plastikflasche befestigt werden, z.B. mit Hahnanschlussstück 20-27mm/26-34mm. Alternativ kann man evtl. einen festen Flaschendeckel mit Heißkleber einkleben und dann eine aufgeschnittene Flasche einschrauben. Dann braucht man noch eine Gießkanne/Eimer.

Versuch 1 "Mit fallendem Wasser eine LED zum Leuchten bringen"

Video zu Versuch 1 (stand alone ohne weiteres Material)

Video zu Versuch 1 (mit Material aus der Sammlung)

Eine LED mit Vorwiderstand wird angeschlossen und durch das Wasser zum Leuchten gebracht. Durch Heben und Senken des Wasserzuflusses kann man zeigen, dass die Helligkeit der LED von der Fallhöhe abhängt

Versuch 2 "Spannung bzw. Leistung messen in Abhängigkeit von der Höhe"

Video zu Versuch 2 (mit Voltmeter)

Indem man ein Voltmeter (entweder alleine oder über 1kOhm Widerstand) anschließt, kann man zeigen, dass sich die Spannung (und damit die Leistung) mit der Höhe ändert. Dann fließt so wenig Strom, dass die Effekte durch Induktion /Lenzsche Regel vernachlässigt werden können. Strom und Spannung sind auch kaum phasenverschoben. Man sieht am Voltmeter dann zwar die „Wurzel“ der Leistung, aber für qualitative Betrachtungen ist das vermutlich akzeptabel.

Alternativ kann man in diesem Versuch natürlich die Leistung/Energie messen, wenn man ein geeignetes Messgerät besitzt. Auch hier sollte man einen sehr großen Lastwiderstand verwenden, das glättet die Kurve. Spannend wäre, die S.u.S. zu motivieren wenigstens mal eine mWh auf diese Weise herzustellen.

• Vernier hat einen Leistungs/Energiesensor im Programm
• Bei Pasco kann man einen U und I Sensor in der SparkVue App passend verschalten.
• Bei Cassy geht das angeblich auch.

Details zu Leitungs-/ Energiemessung folgen

Versuch 3

Es gibt im Baumarkt auch Anschlüsse, um den Versuch über den Wasserhahn zu betreiben. Dann kann man mit dem Wasserhahn den Durchfluss regulieren, wenn man den Bezug zur Höhenenergie nicht in den Fokus stellen will.

Aber man kann so das Kraftwerk mit mehreren Hundert Metern Höhenunterschied zu veranschaulichen.

In den meisten Sälen kann man die Turbine auch direkt an den Wasserhahn am Pult anschließen. Dazu wechselt man am besten dort den Hahnaufsatz. Dann kann man problemlos ein Glühbirnchen zum Leuchten bringen.

Materialbeschaffung (Kosten ca. 30€)

• Amazon erhältlichen Turbine mit integrierten Generator

• Schlauchmaterialkommt von Daniela
• evtl. noch Aufsatz als Ersatz für den Aufsatz im Physiksaalhahn

• Halterung mit elektrischen Anschlüssen
• Aus der Sammlung: Eimer, LED mit Vorwiderstand, Voltmeter, Stangenmaterial

Um einen "Ready-to-go" Versuch, der auch in Museen, Grundschulen, im Freien,... eingesetzt werden kann, wurde hier eine Halterung entwickelt.

Die Halterung besteht aus einer Holzplatte/ Pappe in die ein Loch für die Turbine, Löcher für die Bananenbuchsen und eine Buchse für die Kabel des Generators eingebaut wurden.

Details zur Halterung beim Wasserrad

Natürlich kann man auch einfach den mitgelieferte Stecker abgeschnitten und Kabel mit Bananensteckern angelötet und mit Schrumpfschlauch fixiert werden und dann eine Halterung aus Stangenmaterial realisiert werden. Wenn ihr das macht, bitte schickt Fotos und Erfahrungen an lohn@gymnasiumgroebenzell.de oder ergänzt es hier direkt.

Tipps und Tricks

Hinweise zum Experiment: • Der Versuch benötigt einen starken Wasserstrahl möglichst ohne Luft=> das Wasser möglichst schwallartig eingießen, z.B: PET Flasche kopfüber. • Kein Hahn, denn der Einbau eines Hahns erfordert einen sehr dichten Anschluss der oberen PET Flasche und vergrößert da Luftproblem • Schlauchlänge < 1m. Bei zu langem Schlauch rinnt das Wasser die Rohrwand entlang und läuft an der Turbine vorbei. • Der Generator/Turbine kann nicht als Pumpe betrieben werden, vermutlich, weil die Elektronik zur Spannungsbegrenzung dies verhindert. Evtl. reicht aber auch die Leitung nicht. • Für den Betrieb eines Glühbirnchens reicht die Leistung aus dem reinen Höhenversuch nicht. Bei Messungen: Die Spannung hängt zum einen vom Durchfluss und zum anderen vom der Belastung ab. Deshalb ist eine Spannungsmessung an einer LED nur begrenzt sinnvoll. Für eine echte Leistungsmessung braucht man ein passendes Messgerät oder man muss I und U messen.