Differenzierungskurs Physik/Chemie

„Eine Expedition von unserem Universum zum Mikrokosmos Erde“

Wer sollte den Differenzierungskurs „Vom Universum zum Mikrokosmos Erde“ (PH/CH) wählen?

Alle Schülerinnen und Schüler,

die Spaß und Interesse an MINT-Fächern haben und gerne experimentieren.
die Spaß haben am Knobeln, Tüfteln und Basteln haben.
die gerne Zusammenhänge beobachten und verstehen wollen.
die offen sind für Neues und Unbekanntes sind und Lust haben sich tiefer in ein Problem hineinzudenken.

Thematische Schwerpunkte in Klasse 9 und 10

Klasse 9: Schwerpunkt Astronomie und Elektronik

Auf dem Weg zu Erkenntnissen über unsere Existenz werden wir zunächst das „Große“ betrachten. Zur Einführung in die Astronomie werden dann folgende Themen behandelt:

Physik des Himmels – Grundlagen der Astronomie
Geschichte der Astronomie – einige herausragende Beispiele
Weltbilder der Physik –und sie bewegt sich doch!
Unser Sonnensystem (Planeten, Kometen, Meteore)
Sternbilder und „besondere“ Sterne des Sternhimmels (Umgang mit Sternkarten)
Aufbau und Wirkungsweise des Linsen- und Spiegelfernrohres
weiterführende Themen: schwarze Löcher und dunkle Materie, Exoplaneten, Gravitationswellen, Astronauten bleiben länger jung – Relativitätstheorie der Astronomie

Beobachtungen des Mondes, einer Mondfinsternis und der Planeten mit dem Fernrohr der Sternwarte Schloß Benrath oder im Stellarium Erkrath sowie Beobachtungen mit bloßem Auge und Fernglas können selbstverständlich nur abends durchgeführt werden.

Durch Referate, Filme, selbständiges Arbeiten mit Fachliteratur und einem Besuch eines Planetariums werden alle Themen vertieft.

Im zweiten Halbjahr bewegen wir uns weg vom Universum und gelangen zum Mikrokosmos. Zunächst werden wir uns mit dem Themenbereich Elektronik befassen. Hier werden Aufbau und Wirkungsweise von elektronischen Bauteilen vor allem in Schülerversuchen erarbeitet, z.B.: Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Transistoren, Relais, Mikrophone, Lautsprecher

Elektronik macht vor allem dann Spaß, wenn etwas passiert, wenn es blinkt, auf geheimnisvolle Weise schaltet oder Töne von sich gibt. Aus diesem Grund werden Schaltpläne mit diesen Bauteilen entwickelt. Wir beschäftigen uns mit selbstentwickelten und nach vorgegebenen Plänen angefertigten Schaltungen.

Beispiele sind eine Klingelanlage, die Zauberschaltung, Lichtschranken, Codierschaltungen, Sirene, Blinklicht, Miniorgel und Rundfunkempfänger.

Wir werden uns zudem mit der Herkunft des Elektrons befassen und erneuerbare Energien diskutieren. Dies bietet einen fließenden Übergang in die Elektrochemie in Klasse 10.

Klasse 10: Schwerpunkt Batterien, Akkus, Nanotechnologie und Bodenanalyse

In der 10. Klasse machen wir uns Gedanken zur Speicherung von Energie. Gemeinsam erarbeiten wir in einem Praktikum experimentell den Aufbau von Batterien und Akkus und messen mit unserer brandneu digitalen Messtechnik u.a. die erzeugte Spannung und Stromstärke.

Folgende Batterien und Akkus betrachten wir im Detail:

Voltasche Säule
Leclanché-Element
Alkalische Zink-Kohle Batterie
Blei-Akkumulator (Autobatterie)
Nickel/Cadmium-Akkumulator (NiCd)
Nickel/Metallhydrid Akkumulator (NiMH)

Weiter geht die Reise in die Nanotechnologie. Optisch, aufgrund der geringen Größe für uns nicht wahrnehmbar, haben Nanomaterialien Einzug in unseren Alltag gehalten.Das halbleitende Nanomaterial Indiumzinnoxid ist für Touchscreenoberflächen heute unverzichtbar. Silbernanopartikel werden bei der Herstellung von RFID (Radio-Frequency Identification) Chips, die das bargeldlose Bezahlen ermöglichen verwendete. In der Auto- und Bekleidungsindustrie werden Oberflächen nanobeschichtet, um Schmutz und Wasser abzuweisen.

Ordnung in der Nanochemie:

Ordnung im Allerkleinsten
Analyseverfahren (z.B. Selbstbau und Modellbau von optischen und Elektronenmikroskopen)

Anwendungen der Nanotechnologie:

Wege zu Nanostrukturen
Nanotechnologie im Alltag (Poliermittel, Kosmetika, Automobilbranche)
Nanobeschichtung (Lotus-Effekt)
Ferrofluide und nichtnewtonsche Flüssigkeiten
Nanotechnologie in der Medizin
Berufswahlmöglichkeite

Den Abschluss bildet ein Praktikum zur Bodenanalyse (Umweltchemie), schließlich wollten wir in den „Mikrokosmos Erde“ eintauchen, was in diesem Bereich tatsächlich wörtlich zu verstehen ist. Wer einen schönen Garten pflegen, tolle Blumen züchten oder ertragreich ernten will, der muss die Voraussetzung des Bodens kennen, kontrollieren und beeinflussen können.

Wir entnehmen Bodenproben an unterschiedlichen Punkten und untersuchen diese bezüglich:

Bestandteile der Bodenprobe.
Korngrößen in der Bodenprobe
Schlämmanalyse
Humusgehalt
pH
Kalkgehalt
Durchlüftung der Bodenprobe