Die Helligkeit der Sterne Sternbilder mit LEDs

h t t p s : / / w w w . l e h r e r - o n l i n e . d e / u n t e r r i c h t / s e k u n d a r s t u f e n / n a t u r w i s s e n s c h a f t e n / p h y s i k / u n t e r r i c h t s e i n h e i t / u e / d i e - h e l l i g k e i t - d e r - s t e r n e - s t e r n b i l d e r - m i t - l e d s /

In dieser Unterrichtseinheit werden als zentrale Aufgabe Modelle von Sternbildern mit LEDs entworfen. Ein wesentliches Ziel ist dabei, die Helligkeitsunterschiede der Sterne durch die Variation des nötigen Vorwiderstandes zum Ausdruck zu bringen. Die Unterrichtseinheit wurde im Kontext des von der Deutsche Telekom Stiftung geförderten Programms "Junior-Ingenieur-Akademie" entwickelt.

Anbieter:

Lehrer-Online | Eduversum GmbH, Taunusstr. 52, 65183 Wiesbaden

Autor:

Matthias Deters

Lange Beschreibung:

In dieser Unterrichtseinheit werden Aspekte der Astronomie und technische Fragen miteinander verwoben. Beide Bereiche bieten vielfältige Anknüpfungsmöglichkeiten. Im Vordergrund steht das praktische Arbeiten mit Werkzeugen wie Lötkolben oder Bohrmaschine. Die Planung der Schaltung und die Wahl des Vorwiderstandes sind grundlegende technische Fragestellungen, die hier praktisch erarbeitet werden können. Durch die (einfache) experimentelle Bestimmung des Zusammenhanges zwischen Leuchtkraft und den wahrgenommenen Sternhelligkeiten (Magnituden) und die Umrechnung in die entsprechende Stromstärke sind zudem theoretische Vertiefungsmöglichkeiten gegeben. Die Schülerinnen und Schüler wählen zunächst ein Sternbild aus und zeichnen es auf eine Holzplatte. An den Sternpositionen bohren sie Löcher für die LEDs (Sacklochbohrung). Sie notieren für jeden Stern seine Helligkeit (Magnitude). Auf der Rückseite gestalten Sie eine einfache (Parallel-)Schaltung, die sie bis auf die Widerstände verlöten und fertigstellen. Die Schülerinnen und Schüler lassen 6 LEDs in gleichmäßigen Helligkeitsabständen von dunkel bis hell leuchten (hier mit Arduino, auch mit Netzgeräten möglich). Es zeigt sich, dass der Zusammenhang nicht linear ist (Weber-Fechner-Gesetz). Die gleichmäßigen Helligkeitsunterschiede entsprechen den astronomischen Magnituden. Über die eigenen Messungen und die Kennlinie der LED können nun die nötigen Vorwiderstände berechnet werden. Hierbei bietet es sich an, diese Informationen dem Produktdatenblatt der LEDs zu entnehmen und somit ein wichtiges technisches Hilfsmittel kennenzulernen. Man kann bereits nach der Messung und der Feststellung des Weber-Fechner-Gesetzes die gemessenen Werte ohne weitere Interpolation als Musterwerte zur Verfügung stellen oder die Lernenden völlig frei durch Probieren versuchen lassen, Helligkeitsunterschiede zum Ausdruck zu bringen. Nach dem Einlöten der passenden Vorwiderstände ist das Sternbild fertig. Durch vielfältige Vertiefungs- und Vereinfachungsmöglichkeiten ist das Projekt im regulären Unterricht, in Wahlpflichtkursen, AGs und in Projektwochen gut einsetzbar.

Bildungsebene:

Sekundarstufe I; Sekundarstufe II

Lizenz:

Frei nutzbares Material

Sprache:

Deutsch

Themenbereich:

Schule; mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer; Astronomie
Schule; mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer; Astronomie; Astronomie als Naturwissenschaft
Schule; mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer; Physik; Astronomie
Schule; mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer; Physik; Astronomie; Astrophysik, Geophysik
Schule; mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer; Physik; Astronomie; Astrophysik, Geophysik; Sonnensystem; Entstehung
Schule; mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer; Physik; Astronomie; Astrophysik, Geophysik; Universum
Schule; sozialkundlich-philosophische Fächer; Geographie; Erde; Erde als Himmelskörper, Astronomie
Schule; Grundschule; Wissen; Weltraum
Schule; mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer; Mathematik; Fächerübergreifende Themen; Mathematik und Physik
Schule; mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer; Physik
Schule; mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer; Physik; Überblick, Allgemeines
Berufliche Bildung; Fächer der beruflichen Bildung; Biologie, Chemie, Physik

Geeignet für:

Lehrer