Ladungen
 2 Arten
positive Ladung: Glas mit Seide
negative Ladung: Hartgummi mit Fell
 Eigenschaft
gleichnamige Ladungen: Abstossung
ungleichnamige Ladungen: Anziehung
Ladungen
 Messung: Elektroskop
Funktionweise: Abstossung von gleichnamogen Ladungen
Bandgenerator
(Van-de-Graaff-Generator)
An der starken
Bandkrümmung werden
die Ladungen entnommen
Elektrischer Strom
 Voraussetzung:
Spannung und geschlossener Stromleiter
Schaltbild
Strommessgerät:
Amperemeter
Amperemeter wird in
Serie geschaltet
Amperemeter im
Stromkreis
Stromarten
 Gleichstrom
+
-
+
-
technische
 Wechselstrom
physikalische
Stromrichtung
Elektrische Spannung
Spannungsquellen
1. Zitronen-/Kartoffelbatterie
Zn
Cu
Zink, das unedlere Metall geht als Ion (Zn2+) in Lösung – im
Metall bleiben Elektronen zurück – die Zinkionen nehmen
Elektronen des Kupfermetalls auf ->
Zn-Elektrode ist negativ und die Kupferelektrode ist positiv.
Werden die beiden Elektroden verbunden, so fließen
Elektronen vom Zn- zum Cu-Pol.
Elektrische Spannung
Anmerkungen zur Batterie
1.
Batterie: Galvanisches Element
2.
Anode:
+ Pol
Kathode: - Pol
Anode, Kathode: Elektroden
Lösung mit geladenen Atomen(Molekülen): Elektrolyt
Kation: Ion (+) wandert zur Kathode
Anion: Ion (-) wandert zur Anode
Beispiel: Salz im Wasser NaCL -> Na+ Cl-
3.
Klassische Batterie: Zink – Kohle –Batterie
Elektroden: Zink, Manganoxid (Braunstein)
verschiedene Elektrolyte
Elektrische Spannung
Anmerkungen zur Batterie
4. Wiederaufladbare Batterien: Akkumulator
Beispiel: Lithium-Batterien
5. Batteriearten
Experimente: U, I, R, W
Experiment: U messen
V
Experiment: U messen
V
Experiment: U messen
V
Spannungsmessgerät: Voltmeter
Das Spannungsmessgerät wird parallel geschaltet
Einheit: Volt
Experiment: I messen
I
Experiment: I messen
I
Experiment: I messen
I
Strommessgerät: Amperemeter
Das Strommessgerät wird in Serie geschaltet
Einheit: Ampere
R messen
Widerstandsmessgerät: Ohmmeter
Das Ohm‘sche Gesetz
Zusammenhang: U, I, R
I~U
I ~ 1/R
I = U/R
U = I*R
Schaltung von Ohm‘schen Widerständen
2 Arten
R1
U
U
R1
R2
R2
Serienschaltung
Parallelschaltung
Die Serienschaltung
I
R1
U
R2
U = U1 + U2 = I(R1 + R2)
I*R1 I*R2
U
1
U = U1 + U2
U2
R= (R1 + R2)
Der Gesamtwiderstand ist die
Summe der Teilwiderstände.
Die Parallelschaltung
Stromknoten
Für Stromknoten gilt:
Summe der zufließenden
Ströme = Summe der abfließenden Ströme
I = I1 + I2
U
I2
I
I1
R1
R2
U
Stromknoten
I = I1 + I2 = U(1/R1 + 1/R2) -> 1/R = 1/R1 + 1/R2
U/R1 U/R2
Der Kehrwert des Gesamtwiderstandes ist gleich der
Summe der Kehrwerte der Einzelwiderstände
Serienschaltung
(Experiment)
R1
_500__Ω___
U
R2
U = ___18,7_V__
I = __0,022_A__
__329__Ω___
Rgesamt, gemessen = __829__Ω___
Rgesamt, berechnet = __829_Ω____
Der Gesamtwiderstand ist größer als die Einzelwiderstände!!!
Anwendung: __Schaltung von Elektrogeräten (Beleuchtungskörper) – Nachteil!__
Parallelschaltung
(Experiment)
__330__Ω___
U
R1
R2
__500__Ω__
U = __10,5__V___
I = __0.05_A__
I1 = __0,03_A__
Rgesamt, gemessen = ___830____
Rgesamt, berechnet = ___198____
I2 = __0,02_A__
Der Gesamtwiderstand ist kleiner als die Einzelwiderstände!!!
Anwendung: Schaltung von Elektrogeräten (Beleuchtungskörper)
Beispiel
Glühbirne
U = ___250 __V__
R berechnet = ___________
I = ____4,5_A___
R gemessen = __110_Ω___
Bei höherer Temperatur ist der elektr.
Widerstand größer!
Kirchhoff‘sche Regeln
I2
I
I1
U
R1
R2
I = I1 + I2
In jedem Knotenpunkt eines Stromkreises ist die
Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe
der abfließenden Ströme. (1. Kirchhoff‘sche Regel)
Kirchhoff‘sche Regeln
I
U2
R2
R1
U
U = U1
0 = U1 + U2 + U3
U = U2 + U3
U1
R3
U3
In einer Masche ist die Summe der Spannungen, die
die Spannungsquellen liefern, gleich der Summe der
Spannungsabfälle. (2. Kirchhoff‘sche Regel)
Beispiel1
R1=100 Ω
R2=200 Ω
U
R3=300 Ω
Lösung:
Rges = R1 + R2 + R3 = 100 + 200 + 300 = 600 Ω
Beispiel2
R1=100 Ω
R2=100 Ω
U
R3=100 Ω
Lösung:
1/Rges = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 = 1/100 + 1/100 + 1/100 = 3/100 Ω
=> Rges = 100/3 Ω
Beispiel3
R1=100 Ω
R2=200 Ω
R3=200 Ω
Serienschaltung
Parallelschaltung
Lösung:
1/R23 = 1/R2 + 1/R3 = 1/200 + 1/200 = 1/100 => R23 = 100 Ω
Rges = R1 + R23 = 100 + 100 = 200 Ω
Elektrische Energie(Arbeit) -
Leistung
Glühbirne
P=U*I
Einheit:
Watt (W)
P=W/t
W=U*I*t
U = ___250 __V__
I = ____0,45_A__
Rgemessen = __110_Ω__
Einheit: Ws =J
1kWh = 1000 . 3600 Ws =
= 3,6 106 Ws oder J
Elektrische Energie(Arbeit) -
Leistung
Welche Leistung hat die Glühbirne?
Glühbirne
U = ___250 _V_
I = ____0,45_A_
Rgemessen = _110_Ω_
P=U*I
= 250 V * 0,45 A = 112,5 W
Welche Energie wird in 10 Stunden verbraucht?
W=U*I*t
= 250 V * 0,45 A*10h =
= 1125 Wh = 1,125 kWh
Welche Kosten entstehen dabei?
1 kWh kostet etwa 15 c => K = 16,9 c
Elektrischer Strom im Alltag
 Gleichstrom: direct current DC
=
 Wechselstrom: alternating current
AC
~
 Haushalt: 230V~
400V~ (Kraftstrom, Drehstrom)
 Autobatterie: 12V=
(-> Lichtmaschine)
Die Steckdose
V: 230 V ~
I: 10A (kurzzeitig 16A)
SCHUKO-Steckdose
Sicherheits-/RasierSteckdose
Der Kraftstromstecker
V: 400 V ~
I: 16A
(kurzzeitig: 32A)
Anschlüsse: 3 Phasenleiter
1 Neutralleiter
1 Nulleiter (Erdung)
Anschlüsse einer Steckdose
Neutralleiter
Phasenleiter
Nulleiter (Erdung)
Phasenprüfer
Gefahren beim Umgang mit elektrischem
Strom
 Batterien: Gleichstrom -> Brandgefahr im Gepäck
 Auto: elektrische Anlage (12V=) -> hohe Ströme ->
Kabelbrand bei Kurzschluss
 Haushaltsspannungen sind lebensgefährlich!
 Zugoberleitungen
Auswirkungen - Hilfe
 1mA
Stromschlag
 10mA
Schmerzempfindung – Muskelkontraktion
 >80mA
Atmungslähmung – Herzrythmusstörungen
 Strom abschalten
 Notarzt -> 144
 Erste-Hilfe-Maßnahmen