ohm's law – Interactive Exhibit

ohm's law – Interactive Exhibit

Ohm's Law – Interactive Exhibit

Sich unsichtbares vorzustellen ist nicht einfach. Jedoch ist das oft gefordert, wenn man sich beispielsweise in der Schule mit Themen aus der Physik beschäftigt, – so auch beim Ohmschen Gesetz, welches die Abhängikeiten der drei Größen Spannung (U), Widerstand (W) und Stromstärke (I) beschreibt. Im Unterricht fällt es vielen Schüler_innen schwer sich vorzustellen, wie Strom sich fließt oder die Stromstärke größer oder kleiner wird, wenn man doch nichts sieht.

Museen wie das Deutsche Museum in München behandeln solche Themen und wollen die Inhalte durch interaktive Exponate erfahrbar machen. Duch den Umbau des Museums sollen neue Exonate entstehen, die diese Themen behandeln und zeitlos sind.

Das entstandene Konzept besteht eus einem interaktiven Tisch, auf welchem ein vergrößerter Stromkreis abgebildet ist.


Kontext

Das Projekt "ohm's law" entstand in der Kooperation mit dem Deutschen Museum München. Für die Physikabteilung wurden unterschiedliche Konzepte erarbeitet – wir entschieden uns dabei für das Ohmsche Gesetz. Durch einen Besuch im Museum in München konnten wir die aktuellen Exponate untersuchen und darauf aufbauend unser Konzept entwickeln.


Prototyping und Aufbau

Jede einzelne Station wurde zuerst prototypisch mit Papierprototypen, dann mit technischen Komponenten umgesetzt, um während des Prozesses immer wieder kleine Tests zu machen.
Abgebildet in der ersten Abbildung sind die Schalter der Spannungsstation, die durch das Schließen des Stromkreises (aufeinanderliegen der leitenden Teile aus Alufolie) aktiviert werden und aufleuchten.

Um den Tische funktionsfähig zu machen, wurden die einzelnen Stationen durch den Arduino angesteuert und mit einem Raspberry Pi gekoppelt, der zudem zur Sterung, der über einen Beamer gesteuerten Visualisierung in der Mitte des Tisches, diente. Alle Controller wurden im Mittelteil unter der Visualisierungsfläche versteckt.

Jede Station wurde mit Sensoren, bzw. Aktoren ausgestattet, sodass diese interaktiv erfahrbar sind. Hier ist ein Piezo Sensor zu sehen, der unterhalb leitender Kupferplatten eingebaut wurde, um beim Berühren der Platten durch die Vibration die Stromstärke zu verdeutlichen.


Ergebnis

Gesamtaufbau

Das Exponat besteht aus drei Informationsebenen. Den Stationen, die im Folgenden einzeln erklärt werden, einer Textebene, welche die einzelnen Stationen erklären und der Datenvisualisierung, die in der Mitte des Tisches die Abhängigkeiten der Größen visualisiert. Letztere passt sich dynamisch an die eingestellten Größen an.

Station Schalter

Durch das Betätigen des Schalters wird der Stromkreis entweder geschlossen oder unterbrochen. Sobald der Stromkreis geschlossen ist und etwas Spannung angelegt ist, fließt Strom, was durch LEDs unterhalb der Verbindungsteile verdeutlicht wird.

Station Spannung

Die Spannung wird durch Batterien dargestellt, die dazu geschalten werden können. Über ein Voltmeter ist der Zahlenwert der Spannung abgebildet.

Station Widerstand

Als Widerstand können ein Lautsprecher, eine Glühbirne und durch ein Drehregler eingestellten Wert verwendet werden. Ist der Lautsprecher aktiv, wird ein Rauschen abgespielt. Sollte Kein Widerstand eingestellt, aber eine Spannung angelegt sein, so gibt es einen Kurzschluss und die LEDs fangen rot an zu leuchten.

Station Stromstärke

Die Stromstärke ergibt sich durch die Verrechnung der beiden Größen Spannung und Widerstand. Sie ist nicht direkt beeinflussbar und somit nur durch ein Feedback erfahrbar, das hier über eine Vibration verdeutlicht wird.


Ausstellung

Auf der Semesterausstellung konnte der Tisch ausprobiert werden. Jeder einzelne Station ist erfahbar und kann von mehreren Personen gleichzeitig benutzt werden.