Grundwissen Elektrizitätslehre - Julius-Echter

Grundwissen Elektrizitätslehre – 8. Klasse
Die elektrische Ladung Q eines Körpers beschreibt seinen Elektronenmangel (Q positiv, d.h. mehr
Protonen als Elektronen) oder Elektronenüberschuss (Q negativ, d.h. mehr Elektronen als Protonen).
Ein ungeladener Körper ist im Gleichgewicht, enthält also genauso viele Elektronen wie Protonen.
Einheit: [Q] = 1 C = 1 Coulomb, dabei gilt 1 C = 1 As
Q = n·e
mit
n = Anzahl der überschüssigen Protonen/Elektronen
e = 1,6·10–19 C = Elementarladung, d.h. Ladung eines Protons/Elektrons
Für die Ladung 1 C benötigt man einen Elektronenmangel von 6,2·1018 = 6,2 Trillionen Elektronen.
Elektrischer Strom ist bewegte Ladung
(z.B. von freien Elektronen im metallischen Leiter oder Bewegung von Ionen in Salzwasser).
Die elektrische Stromstärke I gibt an, wie viel Ladung Q in der Zeit t an einer bestimmten Stelle
durch einen Stromkreis fließt: I =
Einheit: [I] = 1 A = Ampere
A Nachweis: mit Amperemeter in Serie (d.h. an einem Punkt) messen
Bei Gleichstrom zeigt die technische Stromrichtung vom Plus-Pol zum Minus-Pol,
die Elektronen bewegen sich aber entgegengesetzt vom Minus-Pol zum Plus-Pol.
Bei Wechselstrom dreht sich die Stromrichtung ständig um.
Die elektrische Spannung U gibt an, wie stark der Antrieb des elektrischen Stroms ist.
Einheit: [U] = 1 V = 1 Volt
Nachweis: mit Voltmeter parallel (d.h. zwischen zwei Punkten) messen
V
Elektrischer Widerstand R gibt an, wie stark die Behinderung des Stroms in einem Bauteil ist (gute
Leiter haben einen geringen Widerstand, schlechte Leiter einen hohen Widerstand, d.h. bei gleicher
Spannung fließt durch den geringen Widerstand ein großer Strom, durch den hohen ein geringer).
R=
mit
U = am Bauteil anliegende Spannung
I = dadurch verursachte Stromstärke
Nachweis: Spannung und Stromstärke messen, R berechnen
Einheit: [R] = 1 Ω = 1 Ohm, dabei gilt 1 Ω = 1
A V
Ist der Widerstand eines Bauteils konstant, dann gilt für ihn das Gesetz von Ohm, d.h. elektrische
Spannung und Stromstärke sind zueinander proportional (d.h. wenn die Spannung verdoppelt wird,
dann verdoppelt sich auch die Stromstärke).
Das Gesetz von Ohm gilt z.B. für Konstantan und bei konstanter Temperatur für alle Metalle.
U-I-Diagramme verschiedener Leiter:
 beim ohmschen Widerstand (links) sind
Spannung und Stromstärke zueinander
proportional,
 bei einer Glühbirne (rechts) steigt mit
zunehmender Spannung die Temperatur
und damit auch der Widerstand, die
Stromstärke wächst daher langsamer.
I
I
U
U
Bei einer Serienschaltung (Reihenschaltung) von zwei Widerständen fließt der elektrische Strom
nacheinander durch die Widerstände.
 Die elektrische Stromstärke ist überall gleich:
Iges = I1 = I2
 Die Teilspannungen an den Widerständen sind zusammen
Uges = U1 + U2
so groß wie die Gesamtspannung der Quelle:
 Der Gesamtwiderstand ist die Summe der Einzelwiderstände: Rges = R1 + R2
R1
R2
Bei einer Parallelschaltung von zwei Widerständen fließt der elektrische Strom entweder durch den
einen oder den anderen Widerstand.
 Die Teilstromstärken durch die Widerstände sind zusammen
Iges = I1 + I2
so groß wie die Gesamtstromstärke in der Zuleitung:
 An beiden Widerständen liegt die gleiche Spannung an:
Uges = U1 = U2
R1
 Der Kehrwert des Gesamtwiderstands ist die Summe der
1
1
1
=
+
Kehrwerte der Einzelwiderstände.
Rges R1 R2
R2
Elektrische Energie E ist die Fähigkeit des Stroms, Arbeit verrichten zu können; z.B. wandelt eine
Glühbirne elektrische Energie in Licht (etwa 3 %) und thermische Energie (97%) um oder ein
Elektromotor elektrische Energie in Bewegungsenergie und thermische Energie.
Einheit: [E] = 1 J = 1 Joule, dabei gilt 1 J = 1 Ws = 1 VAs = 1 Nm
weitere gebräuchliche Einheit: 1 kWh = 1 Kilowattstunde = 1 kW · 1 h = 1000 W · 3600 s = 3,6 MJ
E = U·I·t
mit
U = anliegender Spannung
I = verursachter Stromstärke
t = Zeit
Elektrische Leistung P ist elektrische Arbeit (umgesetzte elektrische Energie) pro Zeit: P =
Einheit: [P] = 1 W = 1 Watt, dabei gilt 1 W = 1 VA
P = U·I
Aus R =
mit
U = anliegender Spannung
I = verursachter Stromstärke
folgen die Formeln P = I2·R und P =
.