Elektrischer Strom - Physik (Uni Würzburg)
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Einführung in die Physik II für Studierende der Naturwissenschaften und Zahnheilkunde Sommersemester 2007 VL #15 am 22.05.2007 Vladimir Dyakonov Elektrischer Strom • Elektrischer Strom • Wirkungen des elektrischen Stromes • Elektrischer Widerstand • Elektrische Netzwerke Kirchhoffsche Gesetze • Widerstandsmessung • Elektrische Leistung Stromwärme • Mikroskopische Betrachtung des Stroms 1 Strom als Ladungstransport Ladungen werden transportiert: elektrischer Stromfluss im Leiter Welcher Zusammenhang besteht zwischen elektrischen Ladungen und elektrischem Strom? Ströme Verkehrsstrom = Autos über Ziellinie/Messzeit = Anzahl/∆t Wasserstrom = Wasservolumen /Messzeit = V/∆t Strom unabhängig von Querschnitt (kleinerer Querschnitt höhere Geschwindigkeit) 2 Elektrischer Strom Elektrischer Strom I = Ladung durch Testfläche/Messzeit = Q/∆t Dimension des Stromes [I] = Ampere Ampere Basisgröße des SI Systems (wie Masse, Zeit, Länge) Stromstärken: Haushaltsgeräte 1..10A Elektronik µA bis mA Blitze 100kA (über kurze Zeit) Elektrischer Strom bewegte Ladung q Leiter − + + E – Idealisiertes Ersatzschaltbild ∆U I Leiter U Schaltbilder: Spannungsquelle: U = const. = verlustfreier Leiter 3 Definition der Stromrichtung Voraussetzung für einen Stromfluss: Potenzialgefälle (Spannungsquelle) Geschlossener Stromkreis Ampere hat die Stromrichtung vom Pluspol zum Minuspol festgelegt (technische Stromrichtung) Die Elektronen in metallischen Leitern fließen vom Minuspol zum Pluspol (Elektronenstromrichtung) Spannungsquelle Wie groß ist der Strom in einem geschlossenen Kreis? Abhängig von der Stärke der Quelle Zur Charakterisierung der "Stärke" der Quelle führt man die Größe "elektrische Spannung U" ein. Die Spannung kennzeichnet die Fähigkeit der Quelle, in einem angeschlossenen äußeren Stromkreis einen Strom aufrechtzuerhalten, sie ist also die Ursache für den Strom. Der Druchfluss (Strom) hängt von der Höhe (Potenzialdifferenz) ab. Ohne Pumpe würde Strom nicht kontinuierlich fließen Beachte: Strom nur bei geschlossenen Kreis; Spannung auch bei offenen Kreis 4 Wirkungen des Stromflusses: Wärmewirkung Tauchsieder Glühbirne Schmelzsicherung (begrenzt Strom) Ströme erzeugen Magnetfelder Ørsted 1820 5 Wirkungen des Stromflusses: Magnetwirkung Stromdurchflossener Leiter bewirkt Auslenkung der Magnetnadel Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters Relais Elektromagnet Drehspulinstrument (Strommessung) 6 Kraft zwischen stromdurchflossenen Leitern Bild: Skizze: antiparallel: Abstoßung P 2 1 parallel: Anziehung Einstellung: 30V/ 50A + _ 160V/ 75A Ursache der Kraftwirkung: Magnetfeld Andre Ampere 1775-1836 Definition Ampere Durch zwei 1m lange, parallele Leiter im Abstand von 1m fließt ein Strom der Stärke I = 1A, wenn zwischen den Leitern eine Kraft von 2 10-7 N wirkt 7
