Elektrizitätslehre

PH Elektrizitätslehre

Experimentieren mit elektrischer Energie

Bei der Vorbereitung und Durchführen von Experimenten mit elektrischer Energie sind technische, organisatorische und verhaltensorientierte Schutzmaßnahmen einzuhalten, die sich vor allem nach Art und Höhe der experimentell genutzten Versorgungsspannung sowie der Ausführung des Berührungsschutzes von spannungsführenden Bauteilen richten. Dies ist in einer Gefährdungsbeurteilung festzuhalten.

Die Vorbereitung und Durchführung der Experimente mit elektrischer Energie liegen in der unmittelbaren Verantwortung der Lehrkraft. Diese muss aufgrund ihrer Ausbildung, ihrer Kenntnisse und Erfahrungen die von ihr vorgeführten oder angeleiteten Experimente beurteilen und die dabei möglicherweise bestehenden Gefahren erkennen können. Lehrkräfte müssen vor Beginn der Experimente mit elektrischer Energie anhand der "Richtlinie zur Sicherheit im Unterricht" (RISU-KMK) unterwiesen sein. Soll mit berührungsgefährlicher Spannung gearbeitet werden, muss die Lehrkraft außerdem ein abgeschlossenes Lehramtsstudium des Faches Physik oder vergleichbarer Ausbildungsgänge besitzen. 

Als Spannungsquellen für Schülerversuche dürfen nur Geräte mit  Schutzkleinspannung (SELV-System) oder Funktionskleinspannung (PELV-System) mit sicherer Trennung verwendet werden. Diese Geräte sind gegen direktes Berühren von spannungsführenden Bauteilen gesichert und erzeugen eine Spannung von maximal 50 V AC/ 120V DC. Für den Versuchsaufbau sind beim Experimentieren im SELV- oder PELV-System auch Sicherheitsexperimentierkabel einzusetzen.

Bei einer Spannungsbegrenzung von SELV- und PELV-Systemen auf maximal 25 V AC/ 60 V DC wird die erzeugte Schutz- oder Funktionskleinspannung als nicht berührungsgefährlich bezeichnet.

Anstelle der oben genannten Transformatoren erfüllen ebenso Stromquellen mit gleichem Sicherheitsgrad, z. B. Batterien, Solarmodule und Akkumulatoren, diesen Zweck. An Experimentiereinrichtungen dürfen Akkumulatoren und Batterien nur bei offenem Stromkreis an- und abgeklemmt werden. In diesen experimentellen Aufbauten ist ein Ein- und Ausschalter vorzusehen.

Sicherheitsmaßnahmen für das Experimentieren mit elektrischer Energie

Je nach Versuchsaufbau sind unter anderem folgende Sicherheitsmaßnahmen zu beachten:

  • Die Versuchsanordnung ist mit geeigneten Geräten und Bauteilen übersichtlich aufzubauen. Dieses beinhaltet unter anderem, dass hinsichtlich der Stromstärke und Stromart die maximale Belastung der elektrischen Bauteile (Widerstände, Schalter, Experimentierkabel etc.) sowie die Nennspannung von Kondensatoren und der Messbereich von Messgeräten beachtet werden.
  • Vor dem Benutzen sind Geräte und Experimentierleitungen auf erkennbare Schäden zu prüfen.
  • Kabelverbindungen sind zuerst an der Spannungsquelle zu trennen.
  • In Experimenten verwendete Kondensatoren sind vor dem Versuchsabbau zu entladen.
  • Nach dem Einschalten der Betriebsspannung ist die Schaltung nicht mehr zu berühren. Vor jeder Veränderung der Versuchsanordnung und nach jedem Beenden des Experiments ist die Spannung abzuschalten.
  • Schülerinnen und Schüler müssen sich außerhalb von Gefahrenbereichen aufhalten, die möglicherweise entstehen können. Die Gefahrenbereiche sind zu kennzeichnen.
  • Weitere Konkretisierungen finden sich in der RISU-KMK.
 
Berührungsgefährliche Spannung

Schülerinnen und Schüler dürfen nicht mit berührungsgefährlicher Spannung experimentieren. Eine Ausnahme ist nur oberhalb der Jahrgangsstufe 10 zulässig, wenn das Lernziel auf anderem Weg nicht erreicht werden kann.

In diesem Fall sind neben einer besonderen technischen Ausstattung, z. B. einer Not-Aus-Einrichtung direkt am Arbeitsplatz, folgende Schutzmaßnahmen zu beachten: 

  • Vor jedem Schüler- oder Lehrerexperiment sind Schülerinnen und Schüler über die versuchsspezifischen Gefährdungen und Schutzmaßnahmen zu unterrichten.
  • Jeder Aufbau, Umbau und Abbau von Versuchsanordnungen darf nur im spannungsfreien Zustand erfolgen. Dies gilt auch bei der Verwendung von Sicherheitsexperimentierleitungen.
  • Der Einsatz von Sicherheitsexperimentierleitungen ist bei allen Tätigkeiten mit berührungsgefährlicher Spannung erforderlich.
  • Die Lehrkraft muss vor der Spannungsfreigabe jeden Versuchsaufbau der Schülerinnen und Schüler prüfen und während der Versuchsdurchführung im Unterrichtsraum anwesend sein.
  • Sicherheitsexperimentierleitungen mit starrer Schutzabdeckung des Kontaktes sind Stand der Technik und daher als Experimentierkabel zu verwenden. Bananenstecker dürfen nicht mehr verwendet werden.
Elektromagnetische Felder

Beim Umgang mit magnetischen Feldern, Mikrowellen- und Dezimeterwellensendern im Physikunterricht sind insbesondere die folgenden Sicherheitshinweise zu beachten:

  • Bei Versuchen mit magnetischen Feldern ist eine mögliche Projektilwirkung auszuschließen.
  • Beim Umgang mit Mikrowellen- und Dezimeterwellensendern sind die Hinweise der Hersteller zu beachten. Die Zeit, innerhalb derer direkt im Bereich der Strahlung hantiert wird, ist zu minimieren. Dies gilt insbesondere bei einer lokalen Verstärkung der Feldstärke, wie z. B. durch ein Gitter bei Mikrowellen oder durch eine Lecherleitung bei den Dezimeterwellen.
  • Vor Versuchsbeginn ist zu prüfen, ob während der Versuchsdurchführung besonders schutzbedürftige Personen, z. B. Menschen mit Herzschrittmacher oder Cochlea-Implantat, den Raum verlassen müssen oder ob das Ergreifen einfacher Schutzmaßnahmen, wie z. B. eine Abstandsvergrößerung zum Versuchsaufbau, ausreichend ist.