Ohm'sches Gesetz – Ein interaktives Exponat für die Physikabteilung des Deutschen Museums München

Ohm's Law – An interactive exhibit for the physics section of the "Deutsches Museum" in Munich

Das Deutsche Museum in München bietet für Personen unterschiedlichen Alters die Möglichkeit verschiedene naturwissenschaftliche Themen anhand interaktiver Exponate zu entdecken. Durch den Umbau des Museums in den nächsten Jahren, sollen neue Exponate entstehen.

„Ohm's law“ behandelt das gleichnamige Thema und ist als Konzept für die Physikabteilung entstanden. Es besteht aus einem interaktiven Tisch, auf welchem ein vergrößerter Stromkreis abgebildet ist.

The "Deutsches Museum" in Munich offers people of all ages the opportunity to discover various scientific topics through interactive exhibits. Currently the museum is under constructing and new concepts for the exhibits are made.

"Ohm's law" deals with the topic of the same name and was developed as a concept for the physics department. It consists of an interactive table on which an enlarged circuit is shown.

Hintergrund des Projekts

Project background

Das Projekt „Ohm's law“ entstand in der Kooperation mit dem Deutschen Museum München. Für die Physikabteilung wurden unterschiedliche Themen bearbeitet – 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.

The project "ohm's law" was developed in cooperation with the "Deutsches Museum Munich" for the physics department. Our team decided to work on the topic Ohm's Law. Through visiting the museum in Munich we were able to examine the current exhibits and developed our concept based on them.

Zu Besuch im Deutschen Museum in München

Viseting the "Deutsches Museum" in munich

Konzeption und Recherchengrundlage

Conception and Research

Zu Beginn der Recherche untersuchten wir unterschiedliche Lehrmethoden, wie das Thema im Unterricht vermittelt wird. Dafür schauten wir uns aktuelle Schulbücher an und sprachen mit einem Physiklehrer, welcher uns verschiedene Versuchsaufbauten für den Physikunterricht zeigte. Darunter waren Wasser-, Kügelchenmodelle, sowie vergrößerte Stromkreise mit beispielhaften Bauteilen für die einzelnen physikalischen Größen.

Im Laufe der Recherche entschieden wir uns für eine vergrößerte Abbildung eines realen Stromkreises, welcher verschiedenen Stationen besteht, an denen die einzelnen Größen erfahrbar gemacht werden.

At the beginning of the research, we looked into different teaching methods in class. Therefore we looked at current textbooks and talked to a physics teacher who showed us different experimental set-ups for physics lessons. Among them were water and spherical models, as well as enlarged electric circuits with exemplary components for the individual physical components.

In the course of the research we decided for an enlarged illustration of a real circuit, which consists of different stations, at which the individual physical quantities are made experiencable.

Skizzen zu einzelnen Stationen und erster Papierprototyp

Scibbles and first paper prototyp

Jede einzelne Station wurde zuerst prototypisch mit Papierprototypen, dann mit technischen Komponenten umgesetzt, um während des Prozesses immer wieder kleine Tests zu machen.

In der ersten Abbildung sind die Schalter der Spannungsstation zu sehen, die durch das Schließen des Stromkreises (Berührung der leitenden Teile aus Aluminiumfolie) aktiviert werden und aufleuchten.

Each individual station was first tested with paper prototypes, then with technical components, in order to make small tests again and again during the process.

The first figure shows the switches of the voltage station, which are activated and illuminated by closing the circuit.

Um den Tische funktionsfähig zu machen, sind die einzelnen Stationen durch den Arduino ansteuerbar. Dieser ist mit einem Raspberry Pi gekoppelt, der zur Steuerung eines Beamersoberhalb des Tisches, dient. Alle Controller sind im Mittelteil unter der Visualisierungsfläche versteckt.

Jede Station ist mit Sensoren und 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.

The whole table is controlled by an Arduino. The Arduino is coupled to a Raspberry Pi, which is used to control a beamer above the table. All controllers are hidden in the middle part under the visualization surface.

Each station is equipped with sensors and actuators so that they can be experienced interactively. A piezo sensor can be seen here, which was installed underneath conductive copper plates in order to illustrate the current strength when the plates. Depending on the value of the current the vibration underneath the copper plates increases or decreases.

Ansicht des kompletten interaktiven Tisches

The whole interactive desk

Ergebnis

Result

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.

The exhibit consists of three information levels. The stations, which are explained individually in the following, a text level, which explains the individual stations, and the data visualization, which visualizes the dependencies of the physical values in the middle of the table. The visualization adapts dynamically to the set values.

Die vier Stationen Schalter, Spannung, Widerstand und Stromstärke

The four stations switch, voltage, resistance and current

Station Schalter

Switch

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.

By actuating the switch, the circuit is either closed or interrupted. As soon as the circuit is closed and voltage is applied, current flows, which is illustrated by LEDs below the connectors.

Station Spannung

Voltage

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

The voltage is represented by batteries, which can be switched on or off. A voltmeter shows the numerical value of the voltage.

Resistance

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.

A loudspeaker, a light bulb and a value set by a rotary knob can be used to increase or decrease the resistance. If the loudspeaker is active, a noise is played back. If no resistance is set but a voltage is applied, there is a short circuit and the LEDs turn red.

Station Stromstärke

Current

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.

The current results from the calculation of the two quantities voltage and resistance. It cannot be influenced directly and can therefore only be experienced through feedback, which is shown here by a vibration.

Semesterausstellung an der Hochschule für Gestaltung in Schwäbisch Gmünd

Semester exhibition of our university in Schwäbisch Gmünd

Ausstellung

Exhibition

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

At the semester exhibition the table was shown and could be tested. Each individual station can be experienced and used by several people at the same time.

Meine Aufgaben

Recherche (Interview, Literaturrecherche, Shadowing), Konzeption, Gestaltung (Produktgestaltung, Informationsvisulaisierung), Prototyping (Rapid Prototypes), Modellbau

My tasks

research (interview, literature research, shadowing), conception, design (productdesign, informationvisualization), prototyping (rapid prototypes), realization (model construction, soldering)

Verwendete Technologien

Arduino, Raspberry Pi, 3d Druck

Used Technologies

Arduino, Raspberry Pi, 3d printing

Team

Anna-Lena Borck, Antonia Größchen, Marianne Spiess, Leonard Weigand

Team

Anna-Lena Borck, Antonia Größchen, Marianne Spiess, Leonard Weigand

Betreuer

Prof. Marc Guntow, Prof. Michael Schuster, Benjamin Tomson

Supervisors

Prof. Marc Guntow, Prof. Michael Schuster, Benjamin Tomson

Kooperation

Deutsches Museum München

Cooperation

Deutsches Museum in munich

Semester und Zeitraum

4. Semester (4 Monate)

Semester and time span

4th Semester (4 months)

Vielen Dank an Sinn und Zweck Möbelbau

Great thanks to Sinn und Zweck Möbelbau