Körperwiderstand

Körperwiderstand
Versuchsaufbau
Kurzbeschreibung
Bestimmung des Körperwiderstands
Kategorien
Elektrizitätslehre, [[:Kategorie:{{{2}}}|{{{2}}}]]
Einordnung in den Lehrplan
Geeignet für:	Klasse 7/8 und 9/10,
Basiskonzept:	System
Sonstiges
Durchführungsform	Schülergruppenexperiment
Anspruch des Aufbaus	leicht
Informationen
Name:	Tobias Gandt
Kontakt:	${\text{gandttob}}$@${\text{stundent.hu-berlin.de}}$
Uni:	Humboldt-Universität zu Berlin
Betreuer*in:	Wiebke Musold

In diesem Experiment soll der Körperwiderstand R_K der SuS bestimmt werden. Dabei setzt sich der Körperwiderstand aus dem Übergangs-, Haut- und Innenwiderstand zusammen und beschreibt einen elektrischen Widerstand. Der Widerstand ist stark von der Versuchsperson und seinen Körpereigenschaften abhängig. Neben dem Hautyp spielt das Fettgewebe eine große Rolle (vgl. Psiram: Körperwiderstand , ).

Didaktischer Teil

Der Unterricht ist stark lehrerkonzentriert, das heißt, dass sehr häufig Frontalunterricht stattfindet. Um aus diesem Trott rauszukommen wurde der handlungsorientierte Unterricht eingeführt:
"Handlungsorientierter Unterricht ist ein ganzheitlicher und schüleraktiver Unterricht, in dem die zwischen dem Lehrer/in und den Schüler/innen vereinbarten Handlungsprodukte die Gestaltung des Unterrichtsprozesses leiten, so dass Kopf- und Handarbeit der Schüler/innen in ein ausgewogenes Verhältnis zueinander gebracht werden können." (Jank, W. (1991): Seite 354 )

Im Gegensatz zum Frontalunterricht des Lehrers steht bei diesem Modell der Schüler im Mittelpunkt. Der Schüler muss selbst aktiv werden und soll dafür sowohl seinen Kopf als auch seinen gesamten Körper benutzen.

Im Folgenden werden die sieben Merkmale für den handlungsorientierten Unterricht betrachtet, und es wird erörtert, inwieweit dieses Experiment für einen solchen Unterricht geeignet ist.

1. In der Definition wird von Ganzheitlichkeit gesprochen, diese wird wiederum in verschiedene Aspekte unterteilt: Der personale Aspekt betrifft den Schüler, der als Ganzes angesprochen werden soll, also kognitive und physische Arbeit. Der inhaltliche Aspekt sieht vor, dass der Unterricht mit Hilfe von Problemen und Fragestellungen erstellt wird. Im letzten Aspekt geht es um die Methode, wobei diese wieder ganzheitlich sein soll, d.h. Gruppenarbeit, Projekte, Experimente. Dieses Merkmal passt sehr gut zum Experiment, weil die Methode ansich schon das Experimentieren ist, ebenso wird der Körper als Teil des Experiments einbezogen und auch die kognitiven Fähigkeiten werden geschult.

2. Die SuS sind aktiv, d.h. dass von den SuS verlangt wird, dass sie ihr Wissen selbstständig erarbeiten, der Lehrer agiert im Hintergrund.

Der Versuch wird an den Körpern der SuS durchgeführt. Sie müssen sich selbst Gedanken machen, wie der Aufbau ist. Die SuS müssen miteinander kommunizieren, damit der Versuch funktioniert, usw.

3. Ziel des Unterrichts soll sein, ein Produkt zu erhalten, mit dem die SuS weiterarbeiten oder -lernen können. Dabei stellen die Handlungsprodukte Ergebnisse da, welche präsentierbar sind. An dieser Stelle ist das Handlungsprodukt klar erkennbar: Die SuS können sowohl den Aufbau als auch die Durchführung präsentieren.

4. Handlungsorientierter Unterricht lässt den SuS freie Wahl bei der Themenwahl, d.h. die Interessen stehen im Vordergrund. Auf dieser Grundlage können und sollen weiter Interessengebiete entdeckt und entwickelt werden. Es gibt sicherlich einige Schüler, die wissen wollen, ob und inwieweit der Körper Strom leiten kann. Gerade im Ausblick auf elektrotechnische Arbeiten und der damit zusammenhängenden Unfallverhütung ist dieses Experiment für viele interessant.

5. SuS sind Teil der Unterrichtsplanung, Durchführung und Auswertung. In dem sie sich für dieses Experiment entscheiden, beeinflussen die SuS den Ablauf der Stunde mehr oder weniger selber. Genauso müssen sie den Versuch aufbauen, ausführen und auch auswerten. Die SuS kommen selbst zu einer Erkenntnis und können darauf aufbauen.

6. Bei diesem Modell kommt es zu einer "Öffnung der Schule". Das Öffnen nach innen heißt, dass Lehrer und SuS miteinander arbeiten, die SuS lernen individuell und es gibt einen fächerübergreifenden Unterricht. Offen nach außen bedeutet, dass die SuS nicht an einen Platz gebunden sind. Orte zum Lernen müssen nicht immer in der Schule sein. Die SuS können ihr Tempo selber entscheiden und ausprobieren. Der Lehrer gibt Hilfestellung beim Aufbau und der Durchführung. Dadurch wird verhindert, dass die SuS alles nur nachmachen, außerdem kann dieser Versuch sehr gut mit dem Biologieunterricht verbunden werden.

7. Das letzte Merkmal behandelt das Verhältnis von kognitiver und körperlicher Arbeit.

(vgl. Jank, W, Meyer, H )

Versuchsanleitung

Materialliste:
- 9-V-Blockbatterie
- Amperemeter
- Voltmeter
- 2 Kupferplatten
- 4 Krokodilklemmen
- Kabel

Ersatzschaltbild

Aufbau

Mit den vorhandenen Materialien wird ein offener Stromkreis gebaut, wobei die Lücke zwischen den zwei Kupferplatten ist. Zunächst werden die Krokodilklemmen an die Kupferplatten geklemmt. Parallel zur Lücke wird das Voltmeter geschaltet, sodass, wenn später der Körper die Lücke schließt, eine Parallelschaltung von Körper und Voltmeter vorhanden ist. Dann werden das Amperemeter und die Batterie dazu geschaltet. An die Batterie als Spannungsquelle werden zur Befestigung der Kabel Krokodilklemmen verwendet.

Durchführung

Grundsätzlich kann jeder Stromweg gewählt werden (z.B. Hand - Fuß, Kopf - Hand, usw). Hier wird der Stromweg von einer zu der anderen Hand betrachtet, genauer gesagt von einem Finger einer Hand zum Finger der anderen Hand.

Der abzulesende Wert hängt von einigen Faktoren ab, die bewusst verändert werden sollen: Der Reihe nach werden sowohl der Druck auf die Kupferplatten erhöht als auch die Kontaktfläche vergrößert. Zudem werden die Hände zu einem späteren Zeitpunkt nass gemacht.

Als Erstes wird der Stromweg von einer Zeigefingerspitze (FS) zur anderen gewählt. Der Stromkreis wird geschlossen, indem die trockenen Fingerspitzen nur leicht mit den Kupferplatten in Berührung kommen. Nun werden die Stromstärke und die Spannung von den Multimetern abgelesen und notiert.

Im nächsten Schritt soll der Druck erhöht werden. Dabei ist zu beachten, dass nur die Fingerspitzen angedrückt werden und dadurch nicht die Kontaktfläche wesentlich vergrößert wird, z.B. dadurch, dass das oberste Fingerglied die Kontaktfläche ist. Auch hier werden wieder Stromstärke und Spannung notiert.

Um die Kontaktfläche zu erhöhen, werden nur die Finger auf die Kupferplatten gelegt und darauf geachtet, dass nicht auch noch zusätzlich die Handflächen mit dazugenommen werden. Auch hier werden die Werte für Stromstärke und Spannung für die Fälle mit und ohne Druck notiert.

Die gleiche Reihenfolge wird dann noch mit nassen Händen durchgeführt.
Aus der Gesetzmäßigkeit U = R*I folgt, dass R = U/I, wobei R der Körperwiderstand ist.

In den folgenden Tabellen werden die Ergebnisse inklusive der berechneten Werte für den Wiederstand R_K dargestellt.

Ergebnisse

trockene Hand	FS- FS ohne Druck	FS - FS mit Druck	FS - Fläche ohne Druck	FS - Fläche mit Druck	Fläche - Fläche ohne Druck	Fläche - Fläche mit Druck
I [mA]	0,10	0,12	0,11	0,14	0,8	1,75
U [V]	9,7	9,7	9,7	9,7	9,7	9,60
RK [Ohm]	97000	80833	88182	69286	12126	5486

feuchte Hände	FS- FS ohne Druck	FS - FS mit Druck	FS - Fläche ohne Druck	FS - Fläche mit Druck	Fläche - Fläche ohne Druck	Fläche - Fläche mit Druck
I [mA]	0,2	0,25	0,4	0,5	2	2,75
U [V]	9,7	9,7	9,7	9,7	9,6	9,60
RK [Ohm]	48500	38800	24250	19400	4800	3556

Auswertung

Man kann sehen, dass der Körperwiderstand geringer wird, wenn man den Druck auf die Platten erhöht, aber auch wenn die Fläche vergrößert wird. Ein weiterer Faktor, der dafür sorgt, dass der Widerstand kleiner wird, ist der Feuchtigkeitsgrad der Haut. Die Feuchtigkeit hat sogar mehr Einfluss auf den Körperwiderstand als die Höhe des Drucks und die Größe der Kontaktfläche.

Die Messergebnisse sind stark fehlerbelastet, da es nicht möglich ist, mit konstantem Feuchtigkeitsgrad der Haut die Werte zu erheben. Genauso schwierig gestaltet es sich, den Kontakt mit den Platten konstant zu halten. Beim Ablesen, gerade bei digitalen Messgeräten, sind starke Schwankungen nicht ungewöhnlich. Bei der Reproduzierbarkeit dieses Versuchs ist zu beachten, dass die Faktoren nicht nur bei verschiedenen Personen unterschiedlich sind, sondern bei einem selbst auch von Tag zu Tag schwanken (Schweißbildung, Zu- oder Abnahme von Körpergewicht, etc.).

Sicherheitshinweise

Die SuS sollten nie alleine und auf keinen Fall mit einem Generator, der an eine Steckdose angeschlossen ist, experimentieren! Am besten eignen sich Blockbatterien. Die Richtlinien schreiben eine Höchstspannung von 25 V vor (vgl. Sicherheit im Unterricht ).

Siehe auch

Hier können Sie auf andere Artikel im Wiki verweisen, die entweder Ihren Versuch anders darstellen oder thematisch sehr dicht an Ihren Artikel liegen. Fügen Sie dazu einfach einen internen Link ein. [[Kategorie:{{{2}}}]]