{ "format": "lehrpuls-export", "version": 2, "source_path": ["Vorlagen", "Technik"], "topics": [ { "name": "Vorlagen: Technik", "i18n": { "en": { "name": "Templates: Engineering" } }, "questions": [ { "key": "tech-energieformen", "qtype": "wordcloud", "title": "Energieformen", "body_md": "Nennen Sie bis zu drei Energieformen, die Ihnen spontan einfallen.", "options_json": { "max_words": 3, "max_len": 30, "max_terms": 40, "live_result": true }, "tags": "Vorwissen, Einstieg", "time_budget_s": 60, "i18n": { "en": { "title": "Forms of energy", "body_md": "Name up to three forms of energy that come to mind." } } }, { "key": "tech-reihenschaltung", "qtype": "mc_single", "title": "Zwei Lampen in Reihe", "body_md": "Zwei baugleiche Glühlampen sind **in Reihe** an eine Batterie angeschlossen.\n\nWelche Aussage trifft zu?", "options_json": { "choices": [ { "id": "a", "text_md": "Die erste Lampe leuchtet heller, weil der Strom zuerst durch sie fließt.", "explain": "Der Strom wird in einem Stromkreis nicht verbraucht: Durch beide Lampen fließt derselbe Strom." }, { "id": "b", "text_md": "Die zweite Lampe leuchtet heller, weil sie näher am Minuspol liegt.", "explain": "Die Lage im Kreis spielt keine Rolle; in einer Reihenschaltung ist die Stromstärke überall gleich." }, { "id": "c", "text_md": "Beide Lampen leuchten gleich hell, weil derselbe Strom durch beide fließt.", "explain": "Richtig: In einer Reihenschaltung ist die Stromstärke an jeder Stelle gleich, und baugleiche Lampen setzen dieselbe Leistung um." }, { "id": "d", "text_md": "Nur die erste Lampe leuchtet, weil sie den Strom für die zweite aufbraucht.", "explain": "Ladungen gehen nicht verloren. Die Spannung teilt sich auf beide Lampen auf, der Strom bleibt gleich." } ], "correct": ["c"], "confidence": true }, "solution_md": "In einer Reihenschaltung gibt es nur einen Strompfad: Die Stromstärke $I$ ist an jeder Stelle gleich. Zwei baugleiche Lampen haben denselben Widerstand $R$ und setzen jeweils $P = I^2 R$ um — sie leuchten **gleich hell**.\n\nDie verbreitete Vorstellung, Strom werde „verbraucht“, verwechselt Strom mit Energie: Energie wird umgesetzt, Ladung bleibt erhalten.", "difficulty": 2, "tags": "Fehlvorstellung, Peer Instruction, Elektrotechnik", "time_budget_s": 90, "i18n": { "en": { "title": "Two bulbs in series", "body_md": "Two identical light bulbs are connected **in series** to a battery.\n\nWhich statement is true?", "options_json": { "choices": [ { "id": "a", "text_md": "The first bulb is brighter because the current flows through it first.", "explain": "Current is not used up in a circuit: the same current flows through both bulbs." }, { "id": "b", "text_md": "The second bulb is brighter because it is closer to the negative terminal.", "explain": "Position in the loop does not matter; in a series circuit the current is the same everywhere." }, { "id": "c", "text_md": "Both bulbs are equally bright because the same current flows through both.", "explain": "Correct: in a series circuit the current is the same at every point, and identical bulbs dissipate the same power." }, { "id": "d", "text_md": "Only the first bulb lights up because it uses up the current for the second.", "explain": "Charge is not lost. The voltage is split between the bulbs; the current stays the same." } ] }, "solution_md": "A series circuit has a single current path: the current $I$ is the same at every point. Two identical bulbs have the same resistance $R$ and each dissipates $P = I^2 R$ — they are **equally bright**.\n\nThe common idea that current gets \"used up\" confuses current with energy: energy is converted, charge is conserved." } } }, { "key": "tech-wirkungsgrad", "qtype": "mc_multi", "title": "Wirkungsgrad", "body_md": "Welche Aussagen zum Wirkungsgrad $\\eta$ treffen zu?", "options_json": { "choices": [ { "id": "a", "text_md": "Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von Nutzenergie zu zugeführter Energie.", "explain": "Richtig: $\\eta = E_{\\text{Nutz}} / E_{\\text{zu}}$." }, { "id": "b", "text_md": "Die Wirkungsgrade hintereinandergeschalteter Stufen addieren sich.", "explain": "Falsch: Sie multiplizieren sich. Zwei Stufen mit je 0,8 ergeben zusammen 0,64." }, { "id": "c", "text_md": "Der Wirkungsgrad einer realen Maschine ist immer kleiner als 1.", "explain": "Richtig: Ein Teil der zugeführten Energie geht als nicht nutzbare Energie verloren." }, { "id": "d", "text_md": "Eine Wärmekraftmaschine kann im Prinzip einen Wirkungsgrad von 100 % erreichen.", "explain": "Falsch: Der Carnot-Wirkungsgrad $1 - T_{\\text{kalt}}/T_{\\text{heiß}}$ begrenzt ihn grundsätzlich." }, { "id": "e", "text_md": "Verluste treten in technischen Anlagen meist als Wärme auf.", "explain": "Richtig: Reibung, elektrischer Widerstand und Strömungsverluste enden als Wärme." } ], "correct": ["a", "c", "e"] }, "solution_md": "Richtig sind die Aussagen zur Definition, zur Grenze kleiner 1 und zu den Wärmeverlusten.\n\nHintereinandergeschaltete Wirkungsgrade **multiplizieren** sich ($\\eta_{\\text{ges}} = \\eta_1 \\cdot \\eta_2$), und Wärmekraftmaschinen sind durch den Carnot-Wirkungsgrad begrenzt.", "difficulty": 3, "tags": "Energietechnik, Thermodynamik", "time_budget_s": 90, "i18n": { "en": { "title": "Efficiency", "body_md": "Which statements about efficiency $\\eta$ are true?", "options_json": { "choices": [ { "id": "a", "text_md": "Efficiency is the ratio of useful energy output to energy input.", "explain": "Correct: $\\eta = E_{\\text{out}} / E_{\\text{in}}$." }, { "id": "b", "text_md": "The efficiencies of stages connected in series add up.", "explain": "False: they multiply. Two stages at 0.8 each give 0.64 overall." }, { "id": "c", "text_md": "The efficiency of a real machine is always less than 1.", "explain": "Correct: part of the input energy is lost as unusable energy." }, { "id": "d", "text_md": "A heat engine can in principle reach an efficiency of 100%.", "explain": "False: the Carnot efficiency $1 - T_{\\text{cold}}/T_{\\text{hot}}$ is a fundamental limit." }, { "id": "e", "text_md": "Losses in technical systems mostly appear as heat.", "explain": "Correct: friction, electrical resistance, and flow losses end up as heat." } ] }, "solution_md": "The true statements are the definition, the limit below 1, and heat losses.\n\nEfficiencies in series **multiply** ($\\eta_{\\text{total}} = \\eta_1 \\cdot \\eta_2$), and heat engines are limited by the Carnot efficiency." } } }, { "key": "tech-ohm", "qtype": "numeric", "title": "Strom durch einen Widerstand", "body_md": "Ein Widerstand von **470 Ω** liegt an einer Spannung von **12 V**.\n\nWie groß ist die Stromstärke in Milliampere? Runden Sie auf eine Nachkommastelle.", "options_json": { "answer": 25.5, "tolerance": 0.1, "unit": "mA", "confidence": true }, "solution_md": "Ohmsches Gesetz: $I = U / R = 12\\,\\text{V} / 470\\,\\Omega \\approx 0{,}0255\\,\\text{A} = 25{,}5\\,\\text{mA}$.", "difficulty": 1, "tags": "Elektrotechnik, Rechnen", "time_budget_s": 60, "i18n": { "en": { "title": "Current through a resistor", "body_md": "A **470 Ω** resistor is connected to **12 V**.\n\nWhat is the current in milliamperes? Round to one decimal place.", "options_json": { "unit": "mA" }, "solution_md": "Ohm's law: $I = U / R = 12\\,\\text{V} / 470\\,\\Omega \\approx 0.0255\\,\\text{A} = 25.5\\,\\text{mA}$." } } }, { "key": "tech-stromverbrauch", "qtype": "estimate", "title": "Stromverbrauch eines Haushalts", "body_md": "Wie viele Kilowattstunden Strom verbraucht ein Zwei-Personen-Haushalt in Mitteleuropa in einem Jahr (ohne elektrische Warmwasserbereitung und ohne Heizung)?\n\nIhre Schätzung in kWh:", "options_json": { "unit": "kWh", "reference": 2500 }, "solution_md": "Je nach Wohnform liegen die Werte bei etwa **2000 bis 3000 kWh** im Jahr (Wohnung niedriger, Einfamilienhaus höher; Quelle: Stromspiegel für Deutschland, vergleichbar für Österreich).\n\nZum Vergleich: Ein Elektroauto braucht für 10 000 km rund 1500 bis 2000 kWh.", "tags": "Energietechnik, Größenordnung", "time_budget_s": 45, "i18n": { "en": { "title": "Household electricity use", "body_md": "How many kilowatt-hours of electricity does a two-person household in Central Europe use per year (excluding electric water heating and space heating)?\n\nYour estimate in kWh:", "options_json": { "unit": "kWh" }, "solution_md": "Depending on the type of home, values range from about **2,000 to 3,000 kWh** per year (apartments lower, detached houses higher; source: German \"Stromspiegel\", comparable for Austria).\n\nFor comparison: an electric car needs around 1,500 to 2,000 kWh for 10,000 km." } } }, { "key": "tech-konstruktion", "qtype": "order", "title": "Konstruktionsprozess", "body_md": "Bringen Sie die Phasen des methodischen Konstruierens nach **VDI 2221** in die richtige Reihenfolge.", "options_json": { "items": [ { "id": "a", "text_md": "Ausarbeiten (Fertigungsunterlagen)" }, { "id": "b", "text_md": "Klären und Präzisieren der Aufgabe" }, { "id": "c", "text_md": "Entwerfen (Gestaltung der Baugruppen)" }, { "id": "d", "text_md": "Konzipieren (Funktionen und Lösungsprinzipien)" } ], "correct_order": ["b", "d", "c", "a"] }, "solution_md": "Klären der Aufgabe → Konzipieren → Entwerfen → Ausarbeiten.\n\nJede Phase endet mit einem Ergebnis: Anforderungsliste, prinzipielle Lösung, Gesamtentwurf, Produktdokumentation.", "difficulty": 2, "tags": "Konstruktion, Methodik", "time_budget_s": 75, "i18n": { "en": { "title": "Design process", "body_md": "Put the phases of systematic engineering design according to **VDI 2221** in the correct order.", "options_json": { "items": [ { "id": "a", "text_md": "Detail design (production documents)" }, { "id": "b", "text_md": "Clarifying and defining the task" }, { "id": "c", "text_md": "Embodiment design (layout of assemblies)" }, { "id": "d", "text_md": "Conceptual design (functions and solution principles)" } ] }, "solution_md": "Clarify the task → conceptual design → embodiment design → detail design.\n\nEach phase ends with a deliverable: requirements list, principle solution, overall layout, product documentation." } } }, { "key": "tech-einheiten", "qtype": "matching", "title": "SI-Einheiten", "body_md": "Ordnen Sie jeder physikalischen Größe ihre SI-Einheit zu.", "options_json": { "categories": [ { "id": "N", "text_md": "Newton (N)" }, { "id": "Pa", "text_md": "Pascal (Pa)" }, { "id": "J", "text_md": "Joule (J)" }, { "id": "W", "text_md": "Watt (W)" }, { "id": "V", "text_md": "Volt (V)" } ], "items": [ { "id": "kraft", "text_md": "Kraft", "category": "N" }, { "id": "druck", "text_md": "Druck", "category": "Pa" }, { "id": "arbeit", "text_md": "Arbeit", "category": "J" }, { "id": "leistung", "text_md": "Leistung", "category": "W" }, { "id": "spannung", "text_md": "Elektrische Spannung", "category": "V" } ] }, "solution_md": "Kraft – Newton, Druck – Pascal (N/m²), Arbeit – Joule (N·m), Leistung – Watt (J/s), Spannung – Volt (W/A).", "difficulty": 1, "tags": "Grundlagen, Einheiten", "time_budget_s": 60, "i18n": { "en": { "title": "SI units", "body_md": "Match each physical quantity to its SI unit.", "options_json": { "categories": [ { "id": "N", 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"difficulty": 2, "tags": "Elektrotechnik, Herleitung", "time_budget_s": 60, "i18n": { "en": { "title": "Power from voltage and resistance", "body_md": "Give the electric power $P$ dissipated in an ohmic resistor $R$ with voltage $U$ across it — as an expression in $U$ and $R$.", "solution_md": "From $P = U \\cdot I$ and $I = U/R$ we get $P = U^2 / R$.\n\nAny equivalent form counts, for example `U*U/R`." } } }, { "key": "tech-selbst", "qtype": "scale", "title": "Selbsteinschätzung", "body_md": "Wie sicher fühlen Sie sich bei den folgenden Punkten?", "options_json": { "min": 1, "max": 5, "label_min": "unsicher", "label_max": "sehr sicher", "statements": [ { "id": "a", "text_md": "Ich kann das Ohmsche Gesetz anwenden." }, { "id": "b", "text_md": "Ich kann Reihen- und Parallelschaltung unterscheiden." }, { "id": "c", "text_md": "Ich kann den Gesamtwirkungsgrad einer Anlage berechnen." } ] }, "tags": "Selbsteinschätzung", "time_budget_s": 60, "i18n": { "en": { "title": "Self-assessment", "body_md": "How confident do you feel about the following points?", "options_json": { "label_min": "not confident", "label_max": "very confident", "statements": [ { "id": "a", "text_md": "I can apply Ohm's law." }, { "id": "b", "text_md": "I can tell series and parallel circuits apart." }, { "id": "c", "text_md": "I can calculate the overall efficiency of a system." } ] } } } }, { "key": "tech-abschluss", "qtype": "open", "title": "Ein Satz zum Schluss", "body_md": "Fassen Sie in **einem Satz** zusammen, was Sie heute mitnehmen — und nennen Sie in einem zweiten Satz, was noch unklar ist.", "options_json": { "max_len": 400 }, "tags": "Zusammenfassung, Abschluss", "time_budget_s": 120, "i18n": { "en": { "title": "One sentence to wrap up", "body_md": "Summarize in **one sentence** what you are taking away today — and in a second sentence, what is still unclear." } } } ] } ], "playlists": [ { "name": "Vorlagen: Technik", "i18n": { "en": { "name": "Templates: Engineering" } }, "note": "Zehn Fragen, die in jeder technischen Vorlesung funktionieren. 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