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