Klasse 9

1. Einführung der Stromstärke
Die Stromstärke kann als Grundgröße mithilfe eines Messverfahrens oder als abgeleitete Größe mithilfe eines
vorab definierten Ladungsbegriff eingeführt werden.
Im vorliegenden Programm wurde der 1. Weg gewählt. Natürlich liegt der Definition, wenn sie einsichtig sein
soll, die Vorstellung von etwas mengenmäßig Strömendem zugrunde, von dem beim Fluss von einem Pol der
Quelle zum anderen nichts verloren geht. Dies ist in unterschiedlicher Weise möglich.
Die Definition der Stromstärke erfolgt in Übung 3, Abschnitt 1.1. Sie wird in den Übungen 1 und 2 des
gleichen Abschnitts vorbereitet. Natürlich kann man den hier bevorzugten Teilchenstrom (Elektronen) sich
auch durch einen Wasserstrom ersetzt denken.
Nach den Einführung der Stromstärke bietet sich die Definition der durch einen Leiterquerschnitt geflossenen
Ladung in natürlicher Weise an.
Der Vorzug des hier gewählten Weges liegt darin, dass die etwas aufwändige Einführung des Ladungsbegriffs
über eine Elektrolyse vermieden wird.
2. Einführung des Spannungsbegriffs
Die elektrische Spannung gilt als eine der schwierigen Begriffsbildungen. Die hier gewählte Einführung
verfolgt mehrere Ziele
- Der Begriff soll so eingeführt werden, dass er an späterer Stelle in der Oberstufe naheliegend
verallgemeinert werden kann (Prinzip der Fortsetzbarkeit).
- Insbesondere soll durch den in der Oberstufe formulierten Spannungsbegriff kein Bruch zu vorherigen
Vorstellungen entstehen.
- Der Begriff soll mit naheliegenden begriffsadäquaten Vorstellungen verbunden werden.
- Der Begriff soll in verständlicher Weise mit einem Messverfahren in Verbindung gebracht werden
können.
Das Programm definiert die Spannung aus diesen Gründen für zwei Punkte eines stromdurchflossenen Leiters:
Spannung zwischen zwei Punkten A und B eines stromdurchflossenen Leiters 
an die Ladungen zwischen A und B übertragen e Energie
Ladung
Obwohl wegen der fließenden Ladungen dies nicht der in der Oberstufe in der Elektrostatik formulierte
Spannungsbegriff ist, entspricht er doch weitgehend diesem, da die Energie auch im vorliegenden Fall durch
ein elektrisches im Leiterinneren übertragen wird. Hinzu kommt, dass natürlich auch in der SII der
elektrostatische Spannungsbegriff nicht ausreicht, weil man spätestens beim Induktionsgesetz auch die
Lorentzkraft berücksichtigen muss.
Die Teilchenvorstellung und Simulationsmöglichkeit mit einem Rechner nutzend besitzt der hier eingeführte
Spannungsbegriff eine sehr anschauliche Bedeutung: Er wird zu einem Maß für die Energie, die beim Weg von
A nach B auf jede Ladung übertragen wird und die dadurch messbar wird, dass sie an den Leiter in Form von
Wärme abgegeben wird (vgl. Abschnitt 1.2, Übung 3 und die vorbereitenden Übungen 1 und 2). Die
Additivität der Spannung, eine der Grundlagen für das Verständnis komplizierterer Schaltungen und den
Begriff des Spannungsabfalls, wird in dem hier gewählten Weg zu einer Trivialität (Abschnitt 1.2, Übung 4)
und dass die Spannung zwischen Leiterstücken mit großem Widerstand hoch ist, lässt sich leicht anschaulich
verstehen.
Die Definition der Spannung in der vorliegenden Form liefert sofort ein Eichverfahren für Messgeräte.
Einzelheiten hierzu finden sich auf der Lernseite 1.2.4.
Unter welchen Bedingungen schließlich die Spannung auch als Quelleneigenschaft verstanden werden kann,
wird auf der Lernseite 1.2.6 erläutert.
3. Elektrischer Widerstand und ohmsches Gesetz
1
Der elektrische Widerstand eines Leiterstücks ist als Quotient U/I definiert unabhängig davon, ob dieser
Quotient unabhängig von der Spannung bzw. der Stromstärke ist. Nur unter besonderen Bedingungen ist der
Quotient eine Konstante, und in diesem Fall sagt man, es gelte das ohmsche Gesetz. Das ohmsche Gesetz ist in
diesem Sinne eigentlich kein richtiges physikalisches Gesetz, sondern ähnlich wie das hookesche Gesetz eher
eine Materialeigenschaft.
Das Programm betrachtet zunächst den Fall, in dem R=U/I konstant ist Abschnitt 2.1, Übung 1). Dann ist es
erlaubt, von dem Widerstand eines Leiters oder Leiterstücks zu sprechen.
2