Basiswissen Physik - 10. Jahrgangsstufe (G9) Wärmelehre (nur nspr

Basiswissen Physik - 10. Jahrgangsstufe (G9)
Wärmelehre (nur nspr. Zweig)
siehe 9. Jahrgangsstufe (mat-nat.)
Elektrizitätslehre
Ladung:
Grundeigenschaft der Elektrizität, positive und negative Ladungen.
Träger der negativen Ladung sind die Elektronen, Träger der positiven Ladung
die Protonen.
Ladung Q ; [Q] = 1 Coulomb ( C )
Gleiche Ladungen stoßen sich ab, ungleiche Ladungen ziehen sich an.
Strom:
Fließende Ladung:
I=
Q
t
[ I ] = 1 Ampère (A) = 1 C/s
Messung der Stromstärke über Wärmewirkung (Hitzdrahtinstrumente) oder
magnetische Wirkung (Drehspulinstrumente)
!
Stromrichtung:
Physikalisch: wie die Elektronen fließen, von minus nach plus.
Technisch:
umgekehrt, von plus nach minus.
Spannung:
Maß für die Stärke einer Stromquelle, um die Ladung Q die elektrische Arbeit
W verrichten zu lassen.
Spannung:
U=
W el
Q
[U] = 1 Volt (V) = 1 J/C
Widerstand:
Die den Stromfluss hemmende Eigenschaft aller Leiter
!
U
Widerstand: R =
[R] = 1 Ohm ( Ω ) = 1 V/A
I
Kennlinie:
U-I-Diagramm eines Leiters
!
© Michael Patzke, Louise-Schroeder-Gymnasium, München
Ohmsches Gesetz:
Bei konstanter Temperatur ist der Widerstand eines Leiters konstant.
Spezifischer Widerstand:
Der Widerstand eines Drahtes hängt ab von Länge und Querschnittsfläche,
die materialabhängige Proportionalitätskonstante heißt spezifischer
Widerstand ρ :
R="
l
;
A
["] = 1 #mm
m
Elektrische Leistung:
!
U2
W = UI = RI =
R
Elektrische Arbeit:
W = UIt
2
2
!
Kirchhoffsche Regeln:
!
1. In einem verzweigten Stromkreis ist die Summe aller Teilstromstärken in
den Zweigen gleich der Gesamtstromstärke.
I = I1 + I2 + ... + In
2. In einem unverzweigten Stromkreis ist die Summe aller Teilspannungen
gleich der Gesamtspannung.
U = U1 + U2 + ... + Un
Ersatzwiderstände:
1. Reihenschaltung:
Rges = R1 + R2
2. Parallelschaltung:
1
1
1
=
+
Rges R1 R2
!
© Michael Patzke, Louise-Schroeder-Gymnasium, München
Potentiometer:
Spannungsteiler (oft durch veränderliche Schiebe- oder Drehwiderstände)
U=
!
R
U
R0 0
(nur im unbelasteten Fall, d.h. ohne Stromentnahme)
Auf diese Art kann eine beliebige variable Teilspannung von U0
abgegriffen werden.
Magnetismus
Grundlagen:
2 Magnetpole, Nordpol (rot) , Südpol (grün)
Gleiche Pole stoßen sich ab, ungleiche Pole ziehen sich an.
Achtung ! Hat NICHTS mit positiver und negativer Ladung zu tun !
Magnetfeldlinie:
Die Linie, auf der sich ein kleiner Test-Nordpol im Einfluss eines
Magneten bewegen würde. Orientierung: Von Nord nach Süd !
Magnetfeld:
Gesamtheit aller Magnetfeldlinien
Magnetische Stoffe: Nicht alle Metalle sind magnetisch, nur Eisen, Nickel, Kobalt und
einige Nebengruppenelemente (seltene Erden, z.B. Neodym)
Modellvorstellung:
Kleine spontan magnetisierte Bereiche (Weißsche Bezirke) wirken als
Elementarmagnete, sie lassen sich durch ein äußeres Magnetfeld
Parallel ausrichten und bleiben bei den magnetischen Stoffen so
Ausgerichtet, d.h. das Metall bleibt magnetisiert.
© Michael Patzke, Louise-Schroeder-Gymnasium, München
Elektromagnet:
Stromdurchflossene Leiter haben ein Magnetfeld, dessen Linien
konzentrisch zum Leiter sind.
Rechte-Faust-Regel:
Der Daumen der rechten Faust zeigt in die technische Stromrichtung,
die Finger geben die Richtung des Magnetfeldes an.
Ein zu einer Spule aufgewickelter Draht hat ein Magnetfeld, das dem
Feld eines Stabmagneten ähnlich ist, ein Eisenkern in der Spule
verstärkt die Wirkung.
Mit der Rechte-Faust-Regel erhält man:
Nordpol = auseiNander
Südpol = zuSammen
© Michael Patzke, Louise-Schroeder-Gymnasium, München
Lorenzkraft:
Bewegte Ladungsträger (Strom in Leitern oder
freie Ladungsträger erfahren im Magnetfeld eine
Kraft. Ihre Richtung liefert die 3-FingerRegel (UVW-Regel):
U = Daumen der rechten Hand = Ursache = technische Stromrichtung
(bzw. Bewegungsrichtung positiver Teilchen, Daumen der linken
Hand für Bewegungsrichtung negativer Teilchen)
V = Zeigefinger = Vermittlung = Magnetfeld
W = Mittelfinger = Wirkung = Lorenzkraft
Induktion:
In einem Leiter, der in einem Magnetfeld senkrecht zu den Feldlinien
bewegt wird, wird ein Strom bzw. eine Spannung induziert. Die
Stromrichtung liefert wieder eine 3-Finger-Regel:
U = Daumen der rechten Hand = Ursache = Bewegungsrichtung
V = Zeigefinger = Vermittlung = Magnetfeld
W = Mittelfinger = Wirkung = technische Stromrichtung
Lenzsche Regel:
Der Induktionsstrom ist immer so orientiert, das sein eigenes
Magnetfeld die Bewegung abbremst.
Transformator:
Zwei separate Spulen auf einem gemeinsamen geschlossenen
Eisenkern, die Spannung wird beim unbelasteten idealen Transformator
wie das Verhältnis der Windungszahlen übersetzt, der Strom
umgekehrt:
U1 N1
=
;
U2 N2
!
© Michael Patzke, Louise-Schroeder-Gymnasium, München
I1 N 2
=
I2 N1