Details, Videos und Aufbauhinweise zum Wasserradexperiment: Unterschied zwischen den Versionen

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===Videos zum Versuch==
=Videos zum Versuch=
==Zusammenbau:==
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Zusammenbau:
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/26-34mmm
Dann braucht man noch eine Gieskanne/Eimer.
[http://www.youtube.com/shorts/tYK3Ik25I4E| Zusammenbau als Video]
Versuchsbeispiele:
1. "Mit fallendem Wasser eine LED zum Leuchten bringen"


[[File :Wasserrad_1.jpeg |150px|]]
Mit dieser z.B. bei [http://www.amazon.de/Estink-DC-Wassergenerator-Micro-Hydro-DC-Wasserpumpe-Micro-Hydro-Ladewerkzeug/dp/B0836TRF2F/ref=sr_1_2_sspa?keywords=wasserturbine+mit+generator&qid=1667566007&qu=eyJxc2MiOiI2LjM3IiwicXNhIjoiNS4zMyIsInFzcCI6IjMuNTIifQ%3D%3D&sr=8-2-spons&psc=1 Amazon erhältlichen Turbine mit integrierten Generator], einer aufgeschnittenen PET Flasche und Schlauchmaterial aus dem Standard Gartenzubehör, können verschiedene Versuche zur Spannungsgewinnung durchgeführt werden.


Man kann einfach eine LED anschließen und zum Leuchten bringen. ACHTUNG: unbedingt LED mit Vorwiderstand verwenden.
[http://www.youtube.com/shorts/tYK3Ik25I4E| Zusammenbauvideo]


[http://www.youtube.com/shorts/C15yBcxem64| Ein einfaches Experiment stand alone ohne weiteres Material aus der Sammlung]
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"==
[http://www.youtube.com/shorts/C15yBcxem64 Video zu Versuch 1 (stand alone ohne weiteres Material)]


[http://youtube.com/shorts/20JS2jTEyJ4  Video zu Versuch 1 (mit Material aus der Sammlung)]


[[File :Wasserrad_1.jpeg |150px|]]


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


Mit dieser z.B. bei Amazon erhältlichen Turbine mit integrierten Generator, einer aufgeschnittenen PET Flasche und Schlauchmaterial aus dem Standrad Gartenzubehör, können verschiedene Versuche zur Spannungsgewinnung durchgeführt werden.
==Versuch 2 "Spannung bzw. Leistung messen in Abhängigkeit von der Höhe"==
[http://www.youtube.com/shorts/yukXNsk_a2A| 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.


[[Details, Videos und Aufbauhinweise zum Wasserradexperiment]]
*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.


Der Prozess kann nach aktuellem Wissen nicht umgekehrt werden.
Details zu Leitungs-/ Energiemessung folgen


[[Wissensstand zu Möglichkeiten, die Turbine umzukehren]]
==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.
==leXsolar Hydropower Experimentierkasten==
Ein wunderschöner Kasten für 1900 EUR. Bietet die Möglichkeit, die Höhe, die Durchflußmenge und die Turbinenart zu wechseln, um Auswirkung auf die Energiegewinnung zu beobachten.
[http://youtu.be/0Vqc0O8_nuo| Produktvideo zu LeXsolar Hydropower]
 
 
==Ergänzung zum Pumpspeicherkraftwerk==
=== Noch kein Versuch===
 
Mit dieser [http://www.sol-expert-group.de/Produkte-fuer-Schulen/Einzelkomponenten/Wasserpumpen-Bausatz::1406.html Minipumpe] kann man Wasser von unten ansaugen und in die Höhe transportieren, aber es darf laut Hersteller nur destilliertes Wasser verwendet werden. Die Pumpleistung ist sehr begrenzt und das Wasser wird von unten angezogen, so dass man den eigentlichen Pumpprozess nicht beobachten kann.
 
Die Pumpe kann nicht als Generator benutzt werden, da die Lamellen andersherum ausgerichtet sind.
 
[[ File:Minipumpe.jpeg |300px|]]
 
Auch der Einsatz als Pumpe in einem Modell zum Pumpspeicherwerk erweist sich als schwierig, siehe Videos.
Evtl. könnte man mit einem weicheren Schlauch etwas bewirken, aber mir erscheint es als Holzweg.
Siehe Videos:
 
*[http://youtu.be/iZMbY3XGmIE Versuch 1 um in höhere Höhe zu kommen]
*[http://youtu.be/eJLaGOa-Z_g Versuch 2 in die Höhe zu kommen]
*[http://youtu.be/PbaUcVsGX5c Versuch 3]
 
Man braucht ein sehr flaches, langes Becken, dann könnte man mit geeigneten Schläuchen evtl. ein Pumpspeicherkraftwerk modell herstellen.
 
Aber es ist mit relativ viel Spritzwasser verbunden, man müsste sich überlegen, wie man verhindert, dass die Pumpe Luft ansaugt. Momentan kein Potential zur Umsetzung für den Standardunterricht.
==
https://youtube.com/shorts/tYK3Ik25I4E
Mit dieser z.B. bei Amazon erhältlichen Turbine mit integrierten Generator, einer aufgeschnittenen PET Flasche und Schlauchmaterial aus dem Standrad Gartenzubehör, können verschiedene Versuche zur Spannungsgewinnung durchgeführt werden.
 
[[File :Wasserrad.jpeg |300px|]]
[[File :Wasserrad_1.jpeg |150px|]]


[[Details, Videos und Aufbauhinweise zum Wasserradexperiment]]
Aber man kann so das Kraftwerk mit mehreren Hundert Metern Höhenunterschied zu veranschaulichen.


Der Prozess kann nach aktuellem Wissen nicht umgekehrt werden.  
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.


[[Wissensstand zu Möglichkeiten, die Turbine umzukehren]]
=Materialbeschaffung (Kosten ca. 30€)=
*[http://www.amazon.de/Estink-DC-Wassergenerator-Micro-Hydro-DC-Wasserpumpe-Micro-Hydro-Ladewerkzeug/dp/B0836TRF2F/ref=sr_1_2_sspa?keywords=wasserturbine+mit+generator&qid=1667566007&qu=eyJxc2MiOiI2LjM3IiwicXNhIjoiNS4zMyIsInFzcCI6IjMuNTIifQ%3D%3D&sr=8-2-spons&psc=1 Amazon erhältlichen Turbine mit integrierten Generator]


==leXsolar Hydropower Experimentierkasten==
*ca. 1m Gartenschlauch
Ein wunderschöner Kasten für 1900 EUR. Bietet die Möglichkeit, die Höhe, die Durchflußmenge und die Turbinenart zu wechseln, um Auswirkung auf die Energiegewinnung zu beobachten.
*1 Gießkanne + 1 weitere Gießkanne oder Eimer zum Auffangen des Wassers
*1 PET-Flasche, bei der der Boden entfernt wurde, in die das Wasser eingegossen wird
[http://youtu.be/0Vqc0O8_nuo| Produktvideo zu LeXsolar Hydropower]
*2 Hahnverbinder mit Durchmesser 21mm G1/2 [https://www.gardena.com/de/produkte/bewasserung/ogs/hahnverbinder/970521601/] für die Turbine
*1 Schlauchverbinder 13mm - 15mm [https://www.gardena.com/de/produkte/bewasserung/ogs/schlauchverbinder-13-mm-1-2---15-mm-5-8/967314001/]
*1 Hahnverbinder PET-Flasche ->z.B. bei Rakentenmodellbau [https://www.raketenmodellbau-klima.de/Raketenmodellbau/Wasserraketen/Wasserraketen-Anschluss-Adapter.htm?shop=raketenklima&SessionId=&a=article&ProdNr=6043&t=23&c=34&p=34 ]


[https://www.amazon.de/Raketenmodellbau-Klima-6043A-Wasserraketen-Anschluß-Adapter/dp/B00UEI2BS2 link bei Amazon]


==Ergänzung zum Pumpspeicherkraftwerk==
*evtl. noch Aufsatz als Ersatz für den Aufsatz im Physiksaalhahn
=== Noch kein Versuch===


Mit dieser [http://www.sol-expert-group.de/Produkte-fuer-Schulen/Einzelkomponenten/Wasserpumpen-Bausatz::1406.html Minipumpe] kann man Wasser von unten ansaugen und in die Höhe transportieren, aber es darf laut Hersteller nur destilliertes Wasser verwendet werden. Die Pumpleistung ist sehr begrenzt und das Wasser wird von unten angezogen, so dass man den eigentlichen Pumpprozess nicht beobachten kann.
*Halterung mit elektrischen Anschlüssen
*Aus der Sammlung: Eimer, LED mit Vorwiderstand, Voltmeter, Stangenmaterial


Die Pumpe kann nicht als Generator benutzt werden, da die Lamellen andersherum ausgerichtet sind.
'''Wer crimpen kann, kann auch den Stecker auf JST- BEC umbauen'''
Die Kabel von JST BEC auf 4mm kann man fertig im Modellbauhandel bestellen, z.B. hier
[https://www.amazon.de/Ladekabel-Stecker-Bananenstecker-Kabel-60cm/dp/B07DRLQTXN]
oder hier


[[ File:Minipumpe.jpeg |300px|]]
Um einen "Ready-to-go" Versuch, der auch in Museen, Grundschulen, im Freien,... eingesetzt werden kann, wurde hier eine Halterung entwickelt.


Auch der Einsatz als Pumpe in einem Modell zum Pumpspeicherwerk erweist sich als schwierig, siehe Videos.
[[File :Wasserrad3.jpeg |400px|]]
Evtl. könnte man mit einem weicheren Schlauch etwas bewirken, aber mir erscheint es als Holzweg.  
Siehe Videos:


*[http://youtu.be/iZMbY3XGmIE Versuch 1 um in höhere Höhe zu kommen]
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.
*[http://youtu.be/eJLaGOa-Z_g Versuch 2 in die Höhe zu kommen]
*[http://youtu.be/PbaUcVsGX5c Versuch 3]


Man braucht ein sehr flaches, langes Becken, dann könnte man mit geeigneten Schläuchen evtl. ein Pumpspeicherkraftwerk modell herstellen.
[[Details zur Halterung beim Wasserrad]]


Aber es ist mit relativ viel Spritzwasser verbunden, man müsste sich überlegen, wie man verhindert, dass die Pumpe Luft ansaugt. Momentan kein Potential zur Umsetzung für den Standardunterricht.
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.

Aktuelle Version vom 10. August 2024, 15:08 Uhr

Videos zum Versuch

Zusammenbau:

Wasserrad.jpeg

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)

Wasserrad 1.jpeg

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€)

  • ca. 1m Gartenschlauch
  • 1 Gießkanne + 1 weitere Gießkanne oder Eimer zum Auffangen des Wassers
  • 1 PET-Flasche, bei der der Boden entfernt wurde, in die das Wasser eingegossen wird
  • 2 Hahnverbinder mit Durchmesser 21mm G1/2 [1] für die Turbine
  • 1 Schlauchverbinder 13mm - 15mm [2]
  • 1 Hahnverbinder PET-Flasche ->z.B. bei Rakentenmodellbau [3]

link bei Amazon

  • evtl. noch Aufsatz als Ersatz für den Aufsatz im Physiksaalhahn
  • Halterung mit elektrischen Anschlüssen
  • Aus der Sammlung: Eimer, LED mit Vorwiderstand, Voltmeter, Stangenmaterial

Wer crimpen kann, kann auch den Stecker auf JST- BEC umbauen Die Kabel von JST BEC auf 4mm kann man fertig im Modellbauhandel bestellen, z.B. hier [4] oder hier

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

Wasserrad3.jpeg

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.

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