Strom und Stromstärke
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Strom und Spannung Transport von Ladungen ......................................................................................................................2 Lösungen: Transport von Ladungen ............................................................................................................................... 3 Strom und Stromstärke .........................................................................................................................4 Lösungen: Strom und Stromstärke .................................................................................................................................. 5 Spannung ..............................................................................................................................................6 Lösung: Spannung ........................................................................................................................................................... 7 Spannung, angeschlossenes Gerät Stromstärke...............................................................................8 Lösungen: Spannung, angeschlossenes Gerät Stromstärke ........................................................................................ 9 Ohmsches Gesetz ...............................................................................................................................10 Lösungen: Ohmsches Gesetz ........................................................................................................................................ 11 Transport von Ladungen 1. Die großen Kugeln sind an eine Hochspannungsquelle - auch in Abb.2 - Abb. 5 - angeschlossen. Die ungeladene kleine Kugel hängt an einem Faden. Sie wird links an die negativ geladene Kugel gestoßen und dann freigegeben. Beschreibe zunächst, was zu beobachten ist, dann erkläre das Geschehen. Stelle den Zustand der Kugeln in den Bildern dar. 1. ................................................................. ..................................................................... ..................................................................... ...................................................................... 2. ................................................................. ..................................................................... ..................................................................... ...................................................................... 3. ................................................................. ..................................................................... ..................................................................... ...................................................................... 4. ................................................................. ..................................................................... ..................................................................... ...................................................................... 5. ................................................................. ..................................................................... ..................................................................... ...................................................................... 2. Die Lampe leuchtet immer dann auf, wenn ................................................................................................ 3. Über die Kugeln wird ein Kupferdraht gelegt. Was ist zu beobachten? Erkläre! Der Vorgang ist erst beendet, wenn die Hochspannungsquelle ausgeschaltet wird. Warum? ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ...................................................................... Lösungen: Transport von Ladungen 1. Die großen Kugeln sind an eine Hochspannungsquelle - auch in Abb.2 - Abb. 5 - angeschlossen. Die ungeladene kleine Kugel hängt an einem Faden. Sie wird links an die negativ geladene Kugel gestoßen und dann freigegeben. Beschreibe zunächst, was zu beobachten ist, dann erkläre das Geschehen. Stelle den Zustand der Kugeln in den Bildern dar. 1. Die negativ geladene Kugel hat einen Überschuss an Elektronen, die postiv geladene Kugel hat einen Mangel an Elektronen. Die kleine Kugel ist neutral geladen. 2. Die linke Glimmlampe leuchtet auf. Elektronen werden von der großen Kugel auf die kleine Kugel geschoben. Die Quelle schiebt sofort Elektronen nach! Beide Körper sind negativ geladen, sie stoßen sich ab. 3. Die rechte Glimmlampe leuchtet auf. Elektronen auf der kleinen Kugel werden auf die große Kugel geschoben, mehr als vorher aufgebracht wurden. Diese Elektronen wandern zum Pluspol ab. Beide Körper sind positiv geladen, sie stoßen sich ab. 4. Keine Glimmlampe leuchtet. 5. Die linke Glimmlampe leuchtet auf. Elektronen werden von der großen Kugel auf die kleine Kugel geschoben. Die dann negativ geladene Kugel wird abgestoßen. 2. Die Lampe leuchtet immer dann auf, wenn Elektronen bewegt werden. 3. Über die Kugeln wird ein Kupferdraht gelegt. Was ist zu beobachten? Erkläre! Der Vorgang ist erst beendet, wenn die Hochspannungsquelle ausgeschaltet wird. Warum? Beide Lampen leuchten. Über die Stange werden ständig Elektronen von der negativ geladenen Kugel auf die positiv geladenen Kugel geschoben. Wird die Quelle abgeschaltet, wandern keine Elektronen; die Lampe leuchtet nicht. Strom und Stromstärke 1. Nenne weitere Ströme und die strömenden Teilchen Wasserteilchen .......................................... ...................................................................... .......................................... ...................................................................... .......................................... ...................................................................... .......................................... ...................................................................... ...................................................................... Fluss elektrischer Strom Ein Strom ist ............................................................................................................... ......................... 2. Die Stärke des Straßenverkehrs misst man so: ........................................................................................ .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... 3. Die elektrische Stromstärke bestimmt man theoretisch, indem ................................................................ .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... Kurz: Stromstärke = ------------------------------------------, Formelzeichen der Stromstärke: ..... 4. Die Stromstärke wird in der Grundmaßeinheit ................................... gemessen, abgekürzt mit ........ Eine abgeleitete Maßeinheit ist das .................................................................... Zusammenhang: ................................................... = ................................................ 5. Ein Strommesser oder ........................................................... wird so gezeichnet: 6. Trage an der Batterie „ + “ und „ - “ ein. Stelle durch Pfeile die Richtung des Stromes dar. Zeichne zwei Strommesser ein: Einen „vor“ und einen „hinter“ dem Verbraucher. 7. Ein Amperemeter zeigt I1 = 100 mA an, das andere Amperemeter zeigt I2 = .................... an. Daraus ergibt sich die Erkenntnis, ....................................................................................................... 8. Physikalische Stromrichtung: .................................................................................................................... Technische Stromrichtung: .............................................................................................................................. Lösungen: Strom und Stromstärke 1. Nenne weitere Ströme und die strömenden Teilchen Fluss Wasserteilchen Wind Luftteilchen Straßenverkehr Autos Marathonlauf Menschen Fotonen Elektronen Licht elektrischer Strom Ein Strom ist eine Bewegung von Teilchen. 2. Die Stärke des Straßenverkehrs misst man so: Man stellt sich an den Straßenrand und zählt die Fahrzeuge, die z.B. in einer Stunde durchkommen. Sind es 450 Fahrzeuge, dann beträgt die Stromstärke 450 Fahrzeuge je Stunde. Stärke des Autostromes 450Fahrzeuge Anzahl der Fahrzeuge Autostroms tärke Autostroms tärke allgemein: gestoppte Zeit Stunde 3. Die elektrische Stromstärke bestimmt man theoretisch, indem man die Elektronen zählt, die in einer bestimmten Zeit, den Stromkreis an einer bestimmten Stelle passieren. Kurz: Stromstärke Ladung Zeit Formelzeichen der Stromstärke: I 4. Die Stromstärke wird mit I abgekürzt und in der Grundmaßeinheit Ampere (A) gemessen. Eine abgeleitete Maßeinheit ist das Milliampere (mA). Zusammenhang: 1 A = 1000 mA 5. Ein Strommesser oder Amperemeter wird so gezeichnet 6. Trage an der Batterie „ + “ und „"ein. Stelle durch Pfeile die Richtung des Stromes dar. Zeichne zwei Strommesser ein: Einen „vor“ und einen „hinter“ dem Verbraucher. 7. + - Ein Amperemeter zeigt I1 = 100 mA an, das andere Amperemeter zeigt I2 = 100 mA an. Daraus ergibt sich die Erkenntnis, dass elektrischer Strom bzw. Elektronen nicht verbraucht werden. 8. Physikalische Stromrichtung: Die Elektronen fließen vom Minuspol zum Pluspol. Technische Stromrichtung: Die Elektronen fließen vom Pluspol zum Minuspol. Spannung 1. Eine Spannung wird erzeugt, indem .............................................................................. .............................................................................. .............................................................................. .............................................................................. .............................................................................. Die Pole haben folgende Zustände: Minuspol: .............................................................................. Pluspol: .............................................................................. Eine Spannung ist groß, wenn .............................................................................. .............................................................................. 2. Die Spannung wird in der Grundmaßeinheit ................................. gemessen, abgekürzt mit .......... Eine abgeleitete Maßeinheit ist das ................................................. oder ................................................. Zusammenhänge: ...................... = ............................. ...................... = ........................... Das Formelzeichen für die Spannung lautet: ........... 3. Diese Spannungen sind üblich: Einsatzort Größe der Spannung 4. Ein Spannungsmesser oder ................................................. wird so gezeichnet: 5. Zeichne einen Spannungsmesser ein: 6. Der Spannungsmesser wird so geschaltet, weil ........................................................................................ .......................................................................................................................................................................... Lösung: Spannung 1. Eine Spannung wird erzeugt, indem Ladungen getrennt werden. Dazu verschiebt man die Elektronen von einer Platte zur anderen. Die Pole haben folgende Zustände: Minuspol: Elektronenüberschuss Pluspol: Elektronenmangel Eine Spannung ist groß, wenn der Unterschied an negativen und positiven Ladungen hoch ist. 2. Die Spannung wird in der Grundmaßeinheit Volt gemessen, abgekürzt mit ..V.... Eine abgeleitete Maßeinheit ist das Millivolt (mV) oder Kilovolt (kV). Zusammenhänge: 1 V = 1000 mV, 1 kV = 1000 V Das Formelzeichen für die Spannung lautet: U Einsatzort 3. Diese Spannungen sind üblich: Größe der Spannung Steckdose 230 V Elektrowecker 1,5 V Messgerät 9V 4. Ein Spannungsmesser oder Voltmeter wird so gezeichnet: 5. Zeichne einen Spannungsmesser ein: 6. Der Spannungsmesser wird so geschaltet, weil der Ladungsunterschied an den Polen festgestellt werden soll. Spannung, angeschlossenes Gerät Stromstärke 1. Zeichne die physikalische Stromrichtung ein. 2. Am Pluspol besteht ...................................................................................., am Minuspol herrscht ..................................................................................... Die Verbindungsdrähte sind nicht leer, sondern bestehen .............................................................. und .................................................................................... 3. Ist der Stromkreis geschlossen, fließt ein Strom, weil .............................................................................. ..................................................................................... ...................................................................................... 4. Nimmt man eine Batterie mit einer höheren Spannung, leuchtet die Lampe ............................................ Ist die Batteriespannung größer, dann ............................................................................................................. 5. Tauscht man die Lampe gegen eine andere aus, dann leuchtet die Lampe ............................................ Wird ein anderes Gerät angeschlossen, dann ................................................................................................. 6. Die Stromstärke in einem Stromkreis ist ................................................................................................... und ............................................................................................................................................. abhängig. 7. Der elektrische Widerstand ist definiert .................................................................................................... ............................................................................................................. kurz: R = Der Widerstand wird in der Maßeinheit .................................. angegeben. 1 = ---------------- = --------- 8. Ein el. Gerät wurde an verschiedene Spannungen gelegt. Das Messprotokoll sieht so aus: Spannung U 12 V 16 v 28 V 400 V Stromstärke I 15 mA 20 mA 35 mA 50 mA Berechne die Größe des Geräte-Widerstands (Formel, Werte, Ergebnis): Messung 1: Messung 2: Messung 3: Messung 4: 9. Den elektrischen Widerstand deutet man so: Je größer der Wert des Widerstandes ist, desto ............................................................................................................................................................................ Lösungen: Spannung, angeschlossenes Gerät Stromstärke 1. 2. Zeichne rechts die physikalische Stromrichtung ein. Am Pluspol besteht Elektronenmangel, am Minuspol herrscht Elektronenüberschuss Die Verbindungsdrähte sind nicht leer, sondern bestehen Atomrümpfen und freien Elektronen. 3. Ist der Stromkreis geschlossen, fließt ein Strom, weil die Elektronen des Minuspols die freien Elektronen im Leiter abstoßen und gleichzeitig der Elektronenmangel des Pluspols auf die freien Elektronen eine Sog ausübt. 4. Nimmt man eine Batterie mit einer höheren Spannung, leuchtet die Lampe heller. Ist die Batteriespannung größer, dann fließt ein größerer Strom. 5. Tauscht man die Lampe gegen eine andere aus, dann leuchtet die Lampe heller oder dunkler. Wird ein anderes Gerät angeschlossen, dann fließt auch ein anderer Strom 6. Die Stromstärke in einem Stromkreis ist von der Größe der anliegenden Spannung und von der Art des angeschlossenen Geräts abhängig. 7. Der elektrische Widerstand ist definiert als Quotient aus Spannung und Stromstärke. kurz: R U I Der Widerstand wird in der Maßeinheit Ohm angegeben. 8. Ein elektrisches Gerät wurde an verschiedene Spannungen gelegt. Das Messprotokoll sieht so aus: Spannung U 12 V 28 V 40 V 16 V Stromstärke I 15 mA 20 mA 35 mA 5 mA Berechne die Größe des Geräte Widerstands (Formel, Werte, Ergebnis): R 9. U I 12V 800 0,015 A R U I 16000mV 800 20mA R U I 28V 800 0,035 A R Den elektrischen Widerstand deutet man so: Je größer der Wert des Widerstandes ist, desto kleiner ist die Stromstärke (bei gleicher Größe der Spannung). U I 40000mV 800 50mA Ohmsches Gesetz 1. Wie lautet das Ohmsche Gesetz, was sagt es aus? ............................................................................... ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ 2. Die Tabellen sind Messprotokolle zweier unterschiedlicher elektrischer Geräte. Prüfe mit Hilfe verschiedene Methoden, ob das Ohmsche Gesetz gültig ist. a) b) U in V 0 3 5 11 18 25 30 U in V 0 2 5 12 20 22 30 I in mA 0 11 18 41 68 92 110 I in mA 0 25 50 66 74 76 80 Welches Protokoll ist das einer Glühlampe, welches das eines Draht-Widerstandes?(Rechnungen und Zeichnungen auf einem gesonderten Blatt!) Begründung: ............................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 3. Stelle die Formel R U I nach U und I um. 4. Ein Widerstand liegt an einer Batterie. Er wird gegen einen Widerstand von doppelter Größe ausgetauscht. Was ist mit der Spannung und der Stromstärke ? .......................................................................................................................................................................... 5. Die Spannung, die an einem Drahtwiderstand liegt, wird verdoppelt. Was ist mit der Widerstandsgröße, was mit der Stromstärke ? .......................................................................................................................................................................... 6. Ein Draht liegt an einer Spannung von 6 V. Ebens0 eine Lampe. Beide haben dann einen Widerstand von 50 Ohm. Welchen Widerstand haben beide bei 3 V? .......................................................................................................................................................................... Durchführung von Rechnungen Gegeben: .................................... Gesucht: ............. Formel (wenn nötig, umstellen), Zahlen mit Maßeinheiten, Ergebnis. 7. Durch einen Widerstand von 1800 Ohm fließt ein Strom von 50 mA. Wie groß ist die an liegende Spannung? 8. An einem Widerstand von 2400 Ohm liegt eine Spannung von 18 V. Wie groß ist der durchfließende Strom? 9. An einem Widerstand liegt eine Spannung von 12 V, der durchfließende Strom beträgt 2,4 mA. Wie groß ist er? Lösungen: Ohmsches Gesetz 1. Wie lautet das Ohmsche Gesetz, was sagt es aus? I U Die Stromstärke ist der anliegenden Spannung proportional. Wird die Spannung vervielfacht, wächst der Strom um das gleiche Vielfache. 2. Die Tabellen sind Messprotokolle zweier unterschiedlicher elektrischer Geräte. Prüfe mit Hilfe verschiedene Methoden, ob das Ohmsche Gesetz gültig ist. a) U in V I in mA 0 0 3 11 5 18 11 40 18 66 25 92 30 110 b) U in V I in mA 0 0 2 25 5 50 12 66 20 74 22 76 30 80 Methode 1: Quotienten bilden Methode 2: Darstellen der Messwerte im Diagramm Das Ohmsche Gesetz gilt für die Messreihe a), denn die Quotienten sind (fast) gleich groß und im Diagramm liegen die Messwertpaare auf einer Geraden. 3. Stelle die Formel um R U I U R I I U R 4. Ein Widerstand liegt an einer Batterie. Er wird gegen einen Widerstand von doppelter Größe ausgetauscht. Was ist mit der Spannung und der Stromstärke ? Die Spannung bleibt gleich groß, die Stromstärke wird halbiert. 5. Die Spannung, die an einem Drahtwiderstand liegt, wird verdoppelt. Was ist mit der Widerstandsgröße, was mit der Stromstärke ? Der Widerstand bleibt gleich groß, die Stromstärke wird verdoppelt. 6. Ein Draht liegt an einer Spannung von 6 V. Ebenso eine Lampe. Beide haben dann einen Widerstand von 50 Ohm. Welchen Widerstand haben beide bei 3 V?. Der Drahtwiderstand bleibt gleich groß, 50. Der Lampenwiderstand ändert sich. 7. Geg.: R = 1800 , I = 50 mA. 8. Ges.:U Geg.: R = 2400 , U = 18 V. Ges.:I 9. Geg.: U = 12 V, I = 2,4 mA. Ges.:R U R I = 1800 50 mA = 1800 0,050 mA = 90V I U 18V 18000mV 7,5mA R 2400 2400 R U 12V 12000mV 5000 I 2,4mA 2,4mA
