Um Daten verarbeiten zu können, benötigen wir Strom. Und auch für das Ziel, langfristig eine lebenswerte Welt zu erhalten durch Reduktion von CO2-Ausstoß, brauchen wir Strom für eine Elektrifizierung der Gesellschaft. Daher ist nicht nur Verständnis für Daten, sondern auch Wissen zu den Grundlagen rund um Strom wichtig.

In der Klassengemeinschaft meiner Tochter wurde ich gefragt, ob ich aufgrund meiner Erfahrung mit KI und Coding-Angeboten für Kindern ein schönes Experiment für das Sommerfest der Grundschule mitbringen könnte. Die Herausforderung war für mich die große Anzahl der Kinder, für die in kurzer Zeit das Experiment machbar sein sollte und die Heterogenität der Schüler*innen zwischen 1. und 4. Klasse. Daher blieb der MBot im Regal und auch Aufbauten mit Rechner und Display habe ich daher verworfen und bin bei Ideen rund um Energie – einer wichtigen Grundlage! – hängen geblieben. Vielleicht sind die folgenden Experimentideen auch etwas für euch und eure Kinder zur Beschäftigung in den Ferien?

Die Experimente selber habe ich auf den folgenden Seiten gefunden:

Stromprüfer:

https://www.3male.de/kinder/experimente/strompruefer

Zitronenbatterie:

https://www.3male.de/kinder/experimente/gewinne-strom-mit-einer-zitrone

Grashüpfer:

https://www.hagemann.de/solar-grashuepfer

Bei der Zitronenbatterie war es auf dem Schulhof zu laut für die Kopfhörer, um das leise Rauschen und Knacken wahrzunehmen. Daher war da die Lösung, den Voltmesser mitzunehmen (s.u. in den Erklärungen).

Im folgenden gibt es meine Erklärungen dazu, die wir für die Kinder an den Stationen ausgehängt haben. Die Erklärungen könnt ihr gerne übernehmen und für euren Bedarf abändern (Freigabe nach CC0 1.0 Universal Lizenz).

Experiment Stromkreis

Ein Stromkreis ist wie eine Runde, die der Strom laufen muss. Ist der Weg geschlossen, kann der Strom fließen und die Lampe leuchtet. 

Damit Strom fließt, brauchen wir

• Eine Stromquelle (Batterie im Becher)
• Kabel zum Verbinden 
• Und ein elektrisches Gerät, z.B. die Lampe. 

Die Batterie hat zwei Seiten: einen Pluspol und einen Minuspol. Der Strom startet am Minuspol und fließt durch das Kabel zur Lampe und dann weiter zurück zum Pluspol der Batterie. Damit das funktioniert, müssen alle Teile miteinander verbunden sein. Es darf keine Lücke geben. Das nennt man einen geschlossenen Stromkreis. 

Hier im Stromkreis haben wir eine Lücke: mit den zwei „Armen“, die aus dem Becher rauskommen, können wir den Stromkreis öffnen und schließen. 

Wir können die Lücken zwischen den zwei Armen auch mit verschiedenen Materialien schließen. Probiere aus:

Wenn du einen Nagel (Metall) einbaust, leuchtet die Lampe, weil Metall den Strom leitet. Nimmst du stattdessen ein Stück Holz oder Papier, bleibt die Lampe aus, weil diese Materialien den Strom nicht leiten.

Erklärung: nicht jedes Material kann Strom leiten. Es gibt:

• Leiter: Das sind Materialien, durch die der Strom sehr gut fließen kann. Beispiele sind Metalle wie Kupfer, Silber, Eisen oder Aluminium. Deshalb bestehen die meisten Kabel meistens aus Kupfer oder Aluminium. 
• Nichtleiter (auch Isolatoren genannt): Das sind Materialien, durch die der Strom nicht oder nur sehr schlecht fließen kann. Beispiele sind Glas, Porzellan, Kunststoff, Papier oder Holz. Diese Materialien werden oft benutzt, um Kabel zu umhüllen, damit der Strom nicht nach außen gelangt.  

Zitronenbatterie – Strom aus einer Zitrone

Stell dir vor, du kannst mit einer Zitrone, zwei verschiedenen Nägeln oder Schrauben (z.B. ein Kupfernagel und ein Zinkschraube) und ein paar Drähten selbst Strom machen! Das nennt man Zitronenbatterie. Die Zitrone ist dabei wie eine kleine Kraftwerk-Batterie. 

Wie funktioniert das?

• Die Zitrone ist innen sehr sauer. Diese Säure hilft dabei, dass Strom fließen kann.
• Du steckst einen Kupfernagel (oder eine Kupfermünze) und eine Zinkschraube (oder etwas anderes aus Zink) in die Zitrone. Die beiden Metalle sind unterschiedlich – das ist wichtig!
• Die Säure in der Zitrone sorgt dafür, dass an der  Zinkschraube kleine Teilchen (Elektronen) freigesetzt werden. Diese Elektronen wollen zum Kupfernagel wandern.
• Wenn du jetzt die beiden Nägel mit Drähten verbindest, können die Elektronen von einem Nagel zum anderen fließen. Das ist der Strom!

Warum kann man Strom „hören“, wenn ein Kopfhörer angeschlossen ist?

Wenn du einen Kopfhörer an die Zitronenbatterie anschließt, schließt du den Stromkreis. Jetzt fließen die Elektronen auch durch den Kopfhörer. Das ist zwar nur ganz wenig Strom, aber im Kopfhörer bewegen sich winzige Drähte, und das kannst du als leises Knistern oder Knacken hören. Das Geräusch zeigt dir: Es fließt wirklich Strom!

Du kannst den Strom auch mit dem Voltmessgerät sichtbar machen. Auf dem Foto siehst du dafür eine Reihenschaltung aus vier Zitronen, die 0,5 Volt Strom erzeugen. 

Was bedeuten Volt, Watt und Ampere?

Damit du Strom besser verstehen kannst, gibt es drei wichtige Begriffe:

Volt (V): Das ist die Spannung. Stell dir vor, Volt ist wie der Druck, mit dem Wasser aus einem Gartenschlauch kommt. Je mehr Volt, desto mehr „Druck“ hat der Strom.

Ampere (A): Das ist die Stromstärke. Sie zeigt, wie viel Strom wirklich durch das Kabel fließt. Wenn du wieder an den Gartenschlauch denkst: Ampere ist, wie viel Wasser pro Sekunde herauskommt.

Watt (W): Das ist die Leistung. Sie sagt, wie viel Arbeit der Strom machen kann, zum Beispiel wie hell eine Lampe leuchtet. Watt bekommst du, wenn du Volt und Ampere miteinander multiplizierst: Watt = Volt × Ampere. 

Zusammengefasst:

Volt = Druck des Stroms

Ampere = Menge des Stroms

Watt = Wie viel der Strom leisten kann

Experiment Solar Grashüpfer

Was ist eine Solarzelle?

Eine Solarzelle ist ein kleines „Kraftwerk“, das Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umwandeln kann. Sie besteht meistens aus einem besonderen Material, das Silizium heißt. Silizium kommt ganz oft in Sand vor.

Wie entsteht Strom in der Solarzelle?

In der Solarzelle sitzen winzig kleine Teilchen, die Elektronen heißen. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle scheint, bekommen diese Elektronen einen „Schubs“ durch die Energie des Lichts. Sie fangen an, sich zu bewegen. Diese Bewegung der Elektronen ist der elektrische Strom.

Wenn sie von den Strahlen der Sonne getroffen werden, bewegen sie sich. Da durch Bewegung immer Energie erzeugt wird, entsteht so aus dem Sonnenlicht Strom. Die Umwandlung von Licht in Strom nennt man auch ‚Photoeffekt‘.

Die Solarzelle hat zwei Anschlüsse, ähnlich wie eine Batterie. Wenn du ein Kabel anschließt, können die Elektronen durch das Kabel fließen und Strom erzeugen

Der solarbetriebene Grashüpfer

Der solarbetriebene Grashüpfer hat eine Solarzelle auf dem Rücken. Wenn Licht auf die Solarzelle fällt, entsteht Strom. Dieser Strom fließt zu einem kleinen Motor im Grashüpfer. Der Motor bringt den Grashüpfer zum Wackeln oder Hüpfen – er bewegt sich also nur, wenn genug Licht auf die Solarzelle scheint

• Die Solarzelle nimmt Sonnenlicht auf und macht daraus Strom.
• Die Elektronen in der Solarzelle werden durch das Licht in Bewegung gebracht – das ist der Strom.
• Der Strom kann kleine Motoren antreiben, zum Beispiel im solarbetriebenen Grashüpfer, sodass er sich bewegt.
• Ohne Licht gibt es keinen Strom, und der Grashüpfer bleibt stehen.

So kannst du sehen: Mit Sonnenlicht kann man ganz einfach Strom machen und damit sogar kleine Dinge bewegen!

Experimente für Kinder zum Thema Energie by Meike Wocken is marked CC0 1.0 Universal