13. Elektrische Ladung, elektrischer Strom, elektrisches Potenzial

13. Elektrische Ladung, elektrischer Strom,
elektrisches Potenzial
13.1 Elektrische Ladung und elektrischer Strom
2. Ein Metallkügelchen pendelt zwischen zwei vertikalen Platten, die an eine Hochspannungsquelle angeschlossen
sind, hin und her. Die elektrische Ladung, die auf ihm sitzt, hat den Betrag 5 nC. Das Kügelchen macht 30 Hinund 30 Herbewegungen pro Sekunde.
(a) Warum pendelt das Kügelchen?
(b) Wieviel zeigt das Amperemeter an?
3. Einen einfacher elektrischer Stromkreis. Was fließt? Welchen Weg fließt es? Symbole und Maßeinheiten der
strömenden Größen und der Stomstärken?
4. Erkläre in Worten die Bedeutung der physikalischen Größen „elektrische Stromstärke“ und „elektrische
Stromdichte“.
5.Von welchen Eigenschaften eines Drahtes hängt sein elektrischer Widerstand ab? Formuliere, wenn möglich,
„Je-desto-Sätze“.
6. Wie lautet das lokale Ohmsche Gesetz? Erkläre seine Aussage in Worten.
7. Die Lampen sind gleich gebaut. Was zeigen die beiden rechten Amperemeter an?
8. Eine Glühlampe trägt die Aufschrift 12V/3A.
Die Lampe wird nun nicht mit 12 V, sondern mit 6 Volt betrieben. Ist jetzt die elektrische Stromstärke kleiner, gleich
oder größer als 1,5 A? Begründe.
Lösung:
Die Stromstärke ist größer als 1,5 A. Sie wäre 1,5 A, wenn die Kennlinie eine Gerade wäre. Für U = 6 V liegt der
Stromstärkewert oberhalb eine Gerade, die durch den Punkt [U = 12 V; I = 3 A] läuft.
13.2 Das elektrische Potenzial
1. Die Lanpen sind gleich gebaut.
Was zeigen die beiden rechten
Voltmeter an?
2. Vier 1,5-Volt-Monozellen. Welches sind die Potenziale der Leitungsabschnitte?
Lösung:
Von links nach rechts: 0V; – 1,5 V; 0 V; 1,5 V; 0 V
3. Eine 4,5-Volt-Batterie.
Was zeigen die beiden
Messinstrumente an?
Lösung:
Amperemeter: 0 A; Voltmeter: 4,5 V (Es wird davon ausgegangen, dass das Voltmeter einen sehr hohen
Innenwiderstand hat.)
4. (a). Linkes Teilbild: Die Batterie erzeugt eine Spannung
von 12 V. Die Lampen sind gleich gebaut.
Welches sind die Potenziale der einzelnen
Leitungsabschnitte? Wie leuchten die Lampen?
(b) Rechtes Teilbild: Der Schalter wurde geschlossen.
Was ändert sich im Vergleich zu (a)?
Lösung:
Linkes Teilbild: Die rechte Lampe leuchtet nicht, die drei anderen leuchten gleich hell.
Rechtes Teilbild: Die beiden linken Lampen leuchten heller als vorher, die anderen leuchten weniger hell, als die,
die im Fall (a) geleuchtet haben.
5. Die 4,5-V-Batterien sind gleich gebaut und gleich geladen. Das Lämpchen verträgt 9 V.
Wie ist das elektrische Potenzial an den Stellen A, B und C?
Leuchtet das Lämpchen?
Lösung:
A: 0 V, B und C: 4,5 V. Das Lämpchen leuchtet nicht.
6. Wie sind die elektrischen Potenziale der einzelnen Leitungsabschnitte? Leuchten die Lämpchen?
Lösung:
rot: 0 V, grün: 4,5 V, blau: 9 V
An der linken Lampe liegt eine Spannung von 0 V; sie leuchtet nicht. Die rechte leuchtet.
7. 9-V-Batterie, 4,5-V-Lämpchen. Wie sind die Potenziale von A und B? Leuchten die Lämpchen?
Lösung:
A: 4,5 V, B: –4,5 V. Die Lämpchen leuchten normal.
8. Drei gleichartige Batterien und drei gleiche Lampen. Jede Batterie liefert 4,5 V. Wie leuchten die Lampen (alle
gleich, unterschiedlich oder gar nicht)? Gib die Potenzialwerte für alle Leitungsabschnitte an (farbig markieren).
Was zeigt das Voltmeter an?
Lösung:
Rot: 0 V, blau: 4,5 V. An jeder Lampe liegt eine Spannung von 4,5 V. Die drei Lampen leuchten gleich hell.
9. Markiere Stellen gleichen Potentials farbig. Gib die Potentialwerte der Leiterabschnitte an. Welche Spannung
liegt an der Lampe? Was hältst du von der Schaltung? (Die Batterien sind gleichartig gebaut und liefern je 4,5 V.)
Lösung:
A: 0 V; B: –4,5 V; C: 0 V. Die Spannung an der Lampe beträgt 0 V. Die Schaltung ist unsinnig.
10. Soweit nicht anders bezeichnet, haben in den folgenden Schaltungen alle Spannungsquellen 9 V und alle
Lampen sind baugleich.
(a) Kennzeichne Stellen gleichen Potenzials in gleicher Farbe.
(b) Bestimme die Potenziale.
(c) Zeichne jeweils die Schaltung mit geschlossenem Schalter und bestimme die Potenziale.
(d) Was kann man beim Schließen des Schalters beobachten?
Lösung:
11. Warum kann man eine Batterie als Elektrizitätspumpe bezeichnen?
12. Was zeigt das Voltmeter an?
Lösung:
10,5 Volt