Unterrichtsmaterial: Filme Physik

Licht durchquert Stoffe unterschiedlicher Dichte in verschiedenen Geschwindigkeiten. Wie es reflektiert oder gebrochen wird, hängt also davon ab. Im Vakuum des Alls und in der Luft der Erdatmosphäre ist das Licht sehr schnell. Trifft es auf Wasser, wird es deutlich verlangsamt. Der Film verdeutlicht die Auswirkungen dieses plötzlichen Abbremsens auf die Lichtreflexion im Wasser: Beim Übergang von der Luft ins Wasser liegt der Brechungsindex des Lichts bei 4:3. Die Stärke der Brechung hängt vom Winkel ab, in dem der Lichtstrahl auf das Wasser trifft. Es gibt mehrere optisch besonders dichte Medien. Wenn der Lichtstrahl hier in einem ganz bestimmten Winkel auftrifft, kann er das Medium nich...hier weiterlesen

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Dass wir fließenden Strom zur Verfügung haben, ist für uns eine Selbstverständlichkeit. Dabei müssen bestimmten Voraussetzungen gegeben sein, damit Strom fließt. Man braucht einen Leiter, etwa Kohle oder Metall, und nicht leitende Stoffe als Isolationsmaterialien. Damit der Stromfluss unterbrochen werden kann, muss man in elektrische Leitungen Schalter einbauen, die dies ermöglichen. Positive und negative Ladungen ziehen sich gegenseitig an, während gleichpolige Ladungen einander abstoßen. Der Film demonstriert diese Eigenschaften durch Versuche mit einem Elektroskop und mit Konduktorkugeln. Sind negative und positive Ladungen gleich gro&szl...hier weiterlesen

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Der Kondensator ist ein passives Bauelement, das Spannungen speichern kann. Man setzt ihn in vielen elektronischen Schaltungen ein. Der Aufbau eines Kondensators wird erklärt: Zwei Elektroden werden nahe nebeneinander angebracht und getrennt durch ein sogenanntes Dielektrikum. Angeschlossen an eine Gleichstromquelle lädt sich eine der Elektroden positiv und die andere negativ auf. Nach der Entfernung der Spannungsquelle bleiben die Ladungen erhalten. Je höher beim Aufladen die Ladung im Kondensator ist, desto schwächer fließt der Strom, weil der Widerstand wächst. Schließt man Wechselstrom an, entlädt sich der Kondensator und lädt sich neu mi...hier weiterlesen

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Schaltet man einen Kondensator zwischen ein Radio und einen externen Lautsprecher, nimmt er Einfluss auf die Frequenz der Musik. Wie dieser Einfluss aussieht, hängt von der Kapazität des Kondensators ab. Die Frequenz des Wechselstroms beeinflusst das Widerstandsverhalten des Kondensators. Es wird erläutert, wie es sich auf die Musik auswirkt, wenn der Kondensator in der Parallel- und der Reihenschaltung eingesetzt wird. Auch der Widerstand der Spule hängt von der Frequenz des Wechselstroms ab. Wegen dieser Eigenschaft können sowohl Kondensator als auch Spule in Lautsprecherboxen als Tiefpass- und Hochpassfilter verwendet werden. Der Film erklärt, wie die Bezeichnung der entsprechenden Sch...hier weiterlesen

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Um einen Leiter herum, durch den Strom fließt, entsteht ein Magnetfeld. Eine Spule ist ein parallel gewickelter Leiter. Führt man Gleichstrom durch eine Spule, entsteht ein starkes Magnetfeld. Im Film wird gezeigt, wie die Spannungsquelle entfernt und ein Magnet an der Spule entlang geführt wird. In der Leitung ist nun eine Spannung messbar. Hier spricht man von der elektromagnetischen Induktion: Die Lenzsche Regel besagt, dass der Induktionsstrom die Ursache seiner Entstehung zu hemmen versucht. Um dies praktisch zu erläutern, erklärt der Film zunächst den Begriff der Impedanz. Er zeigt außerdem, dass Spulen in vielen Bereichen Einsatz finden, etwa in...hier weiterlesen

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Ein Trafo, also ein Transformator, ist ein Umspanner. Er wird in der Elektrotechnik eingesetzt, wenn eine Spannung in eine andere umgewandelt werden muss. Um die Wirkungsweise eines Transformators zu erklären, muss zunächst der Begriff der elektromagnetischen Induktion erläutert werden. Sie ist das elektrische Feld, das entsteht, wenn man die magnetische Flussdichte ändert. Wie dies vonstattengeht, wird anhand mehrerer Aufnahmen verdeutlicht, die die elektrische Wirkung von Magnetfeldern und die Wirkung des elektrischen Stroms veranschaulichen. Im Film wird ein Versuch mit Wechselstrom und mit Gleichstrom gemacht und demonstriert, wie man eine schwache Primärspannung in eine starke Sekund...hier weiterlesen

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Ein idealer Leiter würde in einer elektrischen Leitung ohne Verluste den Strom leiten. Allerdings gibt es immer Verluste. Der Film zeigt, dass man sie berechnen kann, wenn man die Stärke des fließenden Stroms und die Spannung misst. Der Widerstand in der Schaltung ist der Quotient. Gleichzeitig bezeichnet der Begriff auch ein Bauteil, das einen Widerstand in elektrischen Schaltungen hervorrufen kann. Sind mehrere Widerstände vorhanden, addieren sie sich. Man kann die Spannung aufteilen, wenn man mehrere Widerstände in Serie schaltet. Schaltet man sie parallel, kann man damit die Stromstärke in bestimmten Bereichen der Schaltung begrenzen. Es ist auch möglich, beide Schaltungen zu kombinie...hier weiterlesen

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Zu den großen Langzeitprojekten Deutschlands zählt die Energiewende. Es werden Menschen beiderlei Geschlechts und unterschiedlichen Alters nach ihrer Meinung dazu gefragt. Glauben sie, dass man Atomkraftwerke weiterhin aufrechterhalten muss? Wer sollte die Kosten für die Energiewende tragen? Wie sind die Risiken bei der Entsorgung von Atommüll einzuschätzen? Fast alle Befragten sind sich einige, dass die Energiewende der richtige Weg sei. Manche glauben, dass man die Atomkraftwerke aufrechterhalten sollte, andere nicht. Es würde als fair empfunden, wenn die Industrie den Großteil der Kosten für die Energiewende tragen müsste. Es sei auß...hier weiterlesen

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Die Dampfmaschine revolutionierte die Industrie. Sie hat eine lange Entwicklung durchlaufen, die der Film nachzeichnet. Er beginnt bei der Erfindung der Maschine zu Anfang des 18. Jahrhunderts und endet bei den verschiedenen Varianten und den Dampfkraftwerken von heute. Die stetige Verbesserung der Maschine steht im Mittelpunkt des Films. James Watt stattete die atmosphärische Dampfmaschine mit einem Kondensator aus, da sie relativ schwach war. Die so entstehende Niederdruckdampfmaschine war bei der halben Brennkraft viermal so stark wie das Vorgängermodell. Für Fahrzeuge mit großen Lasten wurde die Hochdruckdampfmaschine entworfen. Für Industrie, Eisenbahnen und...hier weiterlesen

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Eisen mit seiner hohen Dichte zählt zu den Schwermetallen. Durch Verhüttung beziehungsweise Metallurgie wird es aus Eisenerz gewonnen. Das taube Gestein muss durch Aufbereitung entfernt werden. Die zerkleinerten und sortierten Erzbrocken werden in den Hochofen gegeben, wo das Eisenoxid durch den Entzug des Sauerstoffes reduziert wird. Der Kohlenstoff wird durch Raffination entfernt. Durch Mischung mit einem anderen Metall entsteht eine Legierung – Stähle und Gusswerkstoffe werden so hergestellt. Gusswerkstoffe haben einen niedrigen Schmelzpunkt, sind gute Wärmeleiter und korrosionsbeständig, während Baustahl anfällig für Korrosion ist. Edelsta...hier weiterlesen

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Man unterscheidet Eisen- und Nichteisenmetalle. Gusswerkstoffe und Stähle sind Eisenmetalle, während Schwermetalle und Leichtmetalle zu den Nichteisenmetallen gehören. Alle Metallsorten aber teilen einige Eigenschaften: Man kann sie verformen, und ab einer bestimmten Temperatur werden sie flüssig. Man gewinnt Metall aus Erzen. Der Film führt durch die dafür nötigen verschiedenen Schritte. Es werden Bilder von der Aufbereitung, der Reduktion, der Raffination und von der Legierung gezeigt. Der Film stellt verschiedene Sorten von Metall vor und erklärt ihre jeweiligen Materialeigenschaften. Besondere Aufmerksamkeit wird dem Kupfer, dem Messing, dem Ble...hier weiterlesen

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Im Jahr 1937 stellte Nicolaus Otto den ersten Gasmotor vor. Seitdem wird dieser Antrieb genutzt. Es werden Zweitakt-, Viertakt- und Dieselmotoren vorgestellt und ihre Unterschiede betrachtet. Der Film beschreibt mit dem Ansaug-Takt, dem Verdichtungstakt, dem Verbrennungstakt und dem Auslasstakt die Funktionsweise des Viertakt-Motors. Der Aufbau eines Gasmotors wird betrachtet: Der Kolben im Zylinder befindet sich während des Verbrennungsvorgangs zunächst am oberen Totpunkt. Er sorgt dafür, dass die Kurbelwelle rotiert, wenn er zum unteren Totpunkt gezogen wird. Dies dreht den Nocken und öffnet das Ventil des Einlasskanals, wodurch ein Gemisch aus Benzin und Luft in den...hier weiterlesen

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Die thermische und die elektrische Leitfähigkeit sind Stoffeigenschaften. Der Film demonstriert die thermische Leitfähigkeit anhand eines Beispiels und eines Versuchs. Es wird erklärt, dass die Wärme durch die Bewegungen der Teilchen im Stoff weitergegeben wird und dass das bei einigen Stoffen sehr schnell und bei anderen kaum funktioniert. Die Geschwindigkeit definiert die Güte des thermischen Leiters. Die elektrische Leitfähigkeit verschiedener Stoffe kommt unterschiedlich zustande. Liegen in Feststoffen frei bewegliche Elektronen vor, wandern sie bei angelegter Spannung in Richtung des Pluspols. In Lösungen dagegen sind es die Ionen, die zu jeweiligen...hier weiterlesen

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Stoffe können verschiedene Aggregatzustände annehmen, die der Film am Beispiel der Zustände des Wassers erklärt. In gefrorenem Zustand ist es fest: Die Teilchen darin bewegen sich kaum, da sie von starken gegenseitigen Anziehungskräften an ihrem Platz gehalten werden. Erwärmt man den Stoff, werden die Teilchen beweglicher, bis das Eis bei 0 °C schmilzt: Es hat die spezifische Schmelztemperatur von Wasser erreicht. Bei weiterer Erhitzung bewegen sich die Teilchen im Wasser immer schneller, bis bei 100 °C der Siedepunkt erreicht ist.Hier verlieren die Atome ihre Bindung untereinander und gehen in die Dampfphase über. Sinkt die Temperatur unter 100 ...hier weiterlesen

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Die im Alltag häufig gestellte Frage nach dem Stromverbrauch eines Geräts ist faktisch nicht richtig: Strom wird nicht verbraucht. Das wird im Film durch die Animation eines Stromkreises deutlich gemacht. Die Stärke des Stroms ergibt sich aus der Menge der elektrischen Ladung, die in einer Sekunde durch den Leiterquerschnitt fließt. Es wird gezeigt, welche Methoden es gibt, um diese Ladung zu messen. In einem Stromkreises ist die Ladung an jedem Ort identisch. Bei einem verzweigten Stromkreis teilt sich die Ladung auf. Die Ladungen nehmen grundsätzlich den Weg des geringsten Widerstandes. Der Film erläutert, wie ein Kurzschluss zustande kommt, wie gef&a...hier weiterlesen

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Je nach ihrer Art kann Wärme auf unterschiedliche Weise übertragen werden. Im Film wird das Beispiel einer Warmwasserheizung gewählt, die mittels Konvektion die Luft im Raum aufwärmt: Die schnell schwingenden Teilchen des heißen Wassers erwärmen die Teilchen des Heizungsmetalls, und diese wiederum geben die Energie an die trägen Teilchen der kalten Luft ab, beschleunigen und erwärmen sie. Der Film erklärt weiterhin die Konduktion, bei der Wärme durch einen Stoff geleitet wird, ohne die Materie zu bewegen. Die Wärmeleitzahl Lambda (Λ) wird vorgestellt und gute Leiter beziehungsweise gute Dämmstoffe mit ihren Einsatzmö...hier weiterlesen

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Am Thermometer ist zu erkennen, dass die darin enthaltene Flüssigkeit sich ausdehnt, wenn die Temperatur ansteigt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich bei höheren Temperaturen die Teilchen in der Flüssigkeit schneller bewegen und mehr Raum beanspruchen: Das Volumen des Stoffes steigt an. Der Film stellt den Raumausdehnungskoeffizienten Gamma (γ) für Flüssigkeiten vor. Bei Feststoffen ist die thermische Ausdehnung nicht so stark. Sie wird mit dem Längenausdehnungskoeffizienten Alpha (α) bezeichnet. Der Film warnt davor, dass die unterschiedlich starke Ausdehnung verschiedener Baustoffe beachtet werden muss und zeigt die Verwendungsm...hier weiterlesen

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Im Gegensatz zu Flüssigkeiten oder Feststoffen kommt es für die Ausdehnung von Gasen nicht auf den Stoff an, aus dem sie bestehen: Sie verhalten sich alle gleich. Der Film stellt das Gesetz von Gay-Lussac vor und erklärt, was es mit einem sogenannten idealen Gas auf sich hat, für das dieser das Gesetz formuliert hatte: Seine Teilchen haben kein Eigenvolumen, und es wechselt nicht in andere Aggregatzustände über. Es wird erklärt, was man unter dem absoluten Nullpunkt versteht, und es wird gezeigt, wie sich die Temperaturen der Kelvinskala in die der Celsiusskala umrechnen lassen. Die spektakulärste Einsatzmethode der Ausdehnung von Gas wird betrachte...hier weiterlesen

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Da wir selbst je nach Situation Temperaturen unterschiedlich empfinden, brauchen wir für exakte Messungen eindeutige und wiederholbare Verfahren. Dafür kann man es sich zunutze machen, dass Stoffeigenschaften von der Temperatur abhängen. Der Film führt als Beispiel das Wasser an, zeigt aber zugleich auf, dass es dank seines Gefrierpunkts bei 0 °C und seines Siedepunkts bei 100 °C nicht gut als Temperaturmesser geeignet ist.Eine geeignete Flüssigkeit für ein Thermometer hingegen ist gefärbter Alkohol: Er dehnt sich bei Hitze aus und zieht sich bei Kälte zusammen, gefriert und siedet aber nicht so schnell. Der Film stellt außerdem das Bi...hier weiterlesen

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Bei der elektronischen Leitfähigkeit wird wie bei der Wärmeleitfähigkeit zwischen Leitern und Nichtleitern unterschieden. Der Film erklärt, wie elektrische Spannung in einem Stoff weitergegeben wird: Stoffe, deren Atome elektrisch geladene und relativ frei bewegliche Valenzelektronen aufweisen, sind gute Leiter. Stoffe, bei denen die Elektronen fest an die Atomkerne gebunden sind, leiten keine elektrische Energie. Sie sind Isolatoren.Es gibt aber auch sogenannte Halbleiter, die in verschiedenen Zuständen die Eigenschaften von Leitern und Nichtleitern aufweisen können. Der Film führt Silicium als Beispiel an, dessen Elektronen ab einer Temperatur von etwa...hier weiterlesen

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Es gibt mit der mechanischen, der thermischen, der chemischen und der elektrischen Energie verschiedene Energieformen. Der Mensch nutzt sie alle, doch die Schwierigkeit ist, dass die Energie oft nicht in der Form vorliegt, in der sie aktuell benötigt wird. Allerdings können die Energieformen ineinander umgewandelt werden. Nur bei der thermischen Energie ist das nicht zur Gänze möglich. Nur in einem geschlossenen und perfekt isolierten System bleibt die Gesamtenergie erhalten. Der Film erklärt den Begriff des Energieverlustes: Das Verhältnis von Nutzenergie und zugeführter Energie definiert den Wirkungsgrad eines Energiewandlers. Die nicht nutzbare E...hier weiterlesen

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Wo bleibt der Sound, wo das Abenteuer? Und dann die Batterie, immer die Batterie: zu schwer das Ding, zu teuer, zu schwach und zu kurzlebig. Es hatte alles so gut begonnen, und selbst Edison gab dem Elektroantrieb die bessere Chance als dem Verbrennungsmotor. Über 100 Jahre später stürzt sich die ganze Autoindustrie mit Inbrunst auf das Elektromobil. Warum erst jetzt? Oder geht es weiter, das grosse Warten auf die Wunderbatterie? NZZ Format auf den Spuren der elektrobetriebenen und leisen Strassenkutschen und Ärztewagen, der ersten Porsche-Konstruktionen, des Oma Duck Mobils, der wuchtigen und wendigen Nutzfahrzeuge und der englischen Milk Floats für die tägl...hier weiterlesen

Produktion: 2010

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'Scharf und hautnah - Die Brille'Vom Lesestein zum Hightechobjekt: eine Reise durch die Geschichte des scharfen Sehens. Das Horn des Wasserbüffels: neue Wege bei der Verarbeitung von Brillenfassungen. Das Geschäft mit der Brille: Besuch beim deutschen Marktführer Rodenstock. Keine Brille: Wer eignet sich für eine Laserbehandlung, welches ist die modernste und schonendste Operationsmethode?In 'NZZ Swiss made': die Sammlung Ramstein.'Fernsicht - Die Weite im Fokus'Die Sterne im Brennpunkt: von Refraktoren und Teleskopen. Meisterwerk Linse: vom Rohling bis zur Montage. Das Fotoobjektiv: alles für das detailgetreue Abbild. Die Restaurierung: der Refraktor der Urania-S...hier weiterlesen

Produktion: 2007

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Was ist Licht? Auf den Spuren eines Phänomens. Die Glühbirne und ihre Nachfolger - warum es so schwer ist, das richtige Licht zu finden. Überraschende Ergebnisse mit LED-Lichtkonzepten im Münchner Lenbachhaus und in der Regensburger Altstadt. Leuchtende Flächen und Fenster - organische Leuchtdioden machen es möglich. Licht für das Leben: Krebstumore können mit molekularer Bildgebung und Phasenkontrastverfahren früher erkannt werden. Revolution der Produktionsprozesse: 3D Druck mit Licht. Die künstlerische Seite des Lichts: Medienkünstler Mischa Kuball, das Internationale Lichtkunstzentrum in Unna und Lightpaintings von Lichtfaktor aus...hier weiterlesen

Produktion: 2013

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Zu Beginn ihrer zivilen Nutzung in den 1960er Jahre war Kernkraft in Deutschland gesellschaftlich weitgehend akzeptiert. Sie wurde als sichere, wirtschaftliche und umweltfreundliche Form der Energiegewinnung betrachtet. Nach der Ölkrise 1973 wurde der Bau neuer Kernkraftwerke vorangetrieben. Beim geplanten Bau des Kraftwerks in Wyhl kam es 1975 zu ersten großen Bürgerprotesten gegen Atomkraft, die ihre Höhepunkte in den 80-er Jahren erreichten. Bei einer Demonstration gegen den Bau der Wiederaufarbeitungsanlage Wackersdorf versammelten sich 1988 mehr als 100.000 Menschen - ein Jahr später wurde der Bau eingestellt. 2000 einigten sich die Bundesregierung und die E...hier weiterlesen

Produktion: 2009

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