Modellversuch zum Thyroxin-Regelkreis - Arbeitsblatt

Material

Plastikflasche, Lötkolben, wasserfester Folienstift, 50 oder 100ml Messzylinder, Schlauch, Wasserhahn, große Schale/Plastikwanne, die gesamten Inhalt der Flasche aufnehmen kann o.ä.

Vorbereitung

1. Fülle mit dem Messzylinder in 50 ml Schritten die Wasserflasche mit Wasser und bringe dabei eine Skala mit dem wasserfesten Folienstift auf die Flasche auf. Verwende dabei nur den Teil der Flasche, in dem sich der Durchmesser der Flasche nicht ändert.
2. Bringe mit dem erhitzten Lötkolben ein Loch am Fuß der Flasche seitlich an. Das Loch sollte so groß sein, dass der Teil der Flasche, den du mit einer Skala versehen hast, sich in ca. 1 Minute leert.
3. Bringe den Schlauch am Wasserhahn an, so dass du mit ihm bequem die Wasserflasche füllen kannst, ohne die Flasche zu bewegen.
4. Bringe die Schale/Plastikwanne so an, dass der Strahl aus dem Loch aufgefangen wird.

Aufgabe 1: Bestimmung der Halbwertszeit der Wasserfüllung

Fülle die Flasche bis über den höchsten Strich der Skala mit Wasser. Wenn der Wasserstand bis auf diesen höchsten Strich gesunken ist, liest du den ersten Messwert des Wasservolumens beim Zeitpunkt 0 Sekunden ab. Lies dann alle 3 Sekunden das Volumen ab und erstelle eine Wertetabelle. Wenn die Flasche leer ist, erstelle ein Schaubild: y-Achse Wasservolumen und x-Achse Zeit in Sekunden. Bestimme aus dem Schaubild die Halbwertszeit, indem du die ersten drei Halbwertszeiten misst und den Mittelwert bildest. Die Halbwertszeit von Thyroxin im Blut des Menschen beträgt 6 - 8 Tage.

Aufgabe 2: Regelung des Wasserstandes

Lege jetzt den Sollwert für den Wasserstand irgendwo innerhalb der Skala fest. Fülle die Flasche wieder bis über den höchsten Strich der Skala. Versuche mit Wasser aus dem Wasserhahn den Sollwert stabil einzuregeln.

Miss jetzt die Einstellung auf einen neuen Sollwert, so wie in Aufgabe 1: Verlege den Sollwert auf einen neuen Wert und versuche ihn wieder mit Wasser aus dem Wasserhahn stabil einzustellen. Verlege ihn noch einmal und wiederhole die Einstellung. Miss dabei laufend das Volumen in Dreisekundenintervallen und erstelle wieder eine Wertetabelle und daraus ein Schaubild.

Beschreibe in Worten die Schwierigkeiten, die du überwinden musstest. Beschreibe Situationen, in denen der Sollwert für den Thyroxin-Regelkreis neu eingestellt wird.

Aufgabe 3: Erstellung des Regelkreises

Beschrifte nun das Regelkreisschema mit den Angaben für den Modellversuch und den entsprechenden Größen im Thyroxin-Regelkreis.