Technische Objekte können eine Komplexität aufweisen, die eine Erfassung und Durchdringung der Funktionsweise erschweren. Analogien und Modelle können dazu beitragen, komplexe Zusammenhänge exemplarisch darzustellen und eine Erkenntnisgewinnung beim Betrachter zu fördern.
Mit der vorliegenden Arbeit und dem erstellten Modell soll ein Beitrag zum besseren Verständnis elektronischer Bauteile und deren Funktionsweisen geleistet werden. Dabei wird versucht die Funktionen des Transistors als Schalter und Gleichstromverstärker mit Hilfe eines Strömungsmodells aufzuzeigen.
Im Computerzeitalter sind Animationen und Videos aus dem Unterricht nicht mehr wegzudenken. Allerdings können bspw. Animationen Funktionen und Sachverhalte nur begrenzt aufzeigen.
Bei der Konzeption und Fertigung des Modells galt es verschiedene physikalische Gesetzmäßigkeiten (Druck, Reibung, Fließwiderstände, Auftriebskraft) und Fertigungsabläufe (Bearbeitung Acrylglas, 3D-Druck) zu beachten, die sich aus der Materialbeschaffenheit und den Bauteilabmessungen ergaben.
Die wesentlichen Bauteile des Modells wurden mit den Fertigungsverfahren CNC-Fräsen und 3D-Druck hergestellt.
Aus Gründen der besseren Darstellung wurden sämtliche Wasserleitungen aus transparenten Materialien gefertigt.
Das Modell besteht im Wesentlichen aus einem Steuer- und Arbeitskreis. Dabei werden die Zonen des Transistors (Basis, Kollektor und Emitter) durch verschiedene Bauteile repräsentiert. Herzstück des Modells stellt die Schwimmer-Schieber-Einheit dar, welche als „Trennschicht“ (Basis) zwischen Kollektor und Emitter zu verstehen ist.
Bei entsprechendem Wassersdruck (Durchbruchsspannung) öffnet die Basis und gibt den Strom zwischen Kollektor und Emitter frei. Dieser Vorgang wird durch den Betrieb des Wasserrades verstärkend aufgezeigt.
Die Gleichstromverstärkung wird aufgrund des unterschiedlichen Wasservolumens zwischen Basis-Emitter-Leitung (Geringerer Schlauchquerschnitt) und Kollektor-Emitter-Zylinder deutlich.
