Ideales Gasgesetz

Trainingsbeispiele für den Wettbewerb
1.) In der unteren Schaltung leuchtet die Lampe, obwohl der Stromkreis auf den ersten Blick
nicht geschlossen erscheint.
Heizkörper
a) Warum leuchtet die Lampe dennoch?
b) Ein Strom der Stromstärke von 40mA fließt über die Lampe.
Die Spannung zwischen Heizkörper und Erdungsklammer beträgt 0,02V, 40mA fließen auch
zwischen Erdungsklammer und Minuspol des Netzgerätes. Die Spannung an den Klemmen
des Netzgerätes beträgt 10V.
i) Wie groß ist die Spannung zwischen den Enden der Lampe?
ii) Wie groß ist der elektrische Widerstand der Lampe, wie groß der der „Über ErdeLeitung“?
c) Zeichne zwischen dem Minuspol und der Erdungsklammer ein, in welche Richtung die
negativen Ladungen fließen!
d) In technische Stromrichtung fließen Ladungsträger der Ladungsmenge von 1,61019C.
Wie viele Ladungsträger fließen dann bei einer bestimmten Stelle bei der oben angegebenen
Stromstärke durch den Draht?
Zur Lösung der folgenden Aufgaben empfiehlt es sich, diesen Link ausgiebig zu studieren!
Praktisch ist auch die Formelzusammenfassung
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/komplexere-schaltkreise
2.) Zu einem Widerstand von 70Ω soll ein weiterer Widerstand dazugeschalten werden, so
dass bei einer Quellenspannung von 10V ein Strom von 20mA fließen soll.
Wähle die richtige Schaltungsart, zeichne die Schaltung auf und bestimme den
Widerstandswert dieses Widerstandes!
3.) Unten ist ein leitendes Quadrat, dessen Kanten einen Widerstandswert von 10Ω besitzen,
abgebildet. Die Kantenlänge beträgt 2m.
A
B
D
C
a) Es wird eine Spannung von 10V zwischen A und C angelegt.
i) Wie groß ist die Spannung zwischen den Punkten A und B?
ii) Wie groß ist die Stromstärke über die beiden Strecken?
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iii) Zwischen A und C wird nun eine Diagonale eingebaut. Wie groß ist die Stromstärke in der
Diagonale?
iv) Etwas aufwendiger: Teste mit der Phet-Animation, was passiert, wenn man diese
Diagonale zwischen B und D einbaut!
b) Es wird eine Spannung von 10V zwischen A und D angelegt.
i) Wie groß ist nun die Stromstärke über die einzelnen Strecken?
ii) Wie groß ist die Spannung UBC?
iii) Nun soll aus dem Quadrat ein Rechteck werden, so dass UBC=5V und die Strecke BC
gleich bleibt. Welche Länge müssen nun die Strecken AB bzw. CD haben?
c) Angenommen in der Situation a) wirkt auf die Ladungen eine Kraft von 10 20N. Die
Ladungen haben eine Ladungsmenge von 1,61019C.
i) Wie viele Ladungen fließen pro Sekunde durch den Punkt B?
ii) Wie groß ist die Kraft auf die Ladungen, wenn man die Seitenlänge des Quadrates
halbiert? (Verwende für deine Argumentation die Spannungsdefinition!)
iii) Nun habe das Quadrat wieder die Originallänge und die Spannung von 10V liege
zwischen A und C.
Was misst ein Spannungsmesser zwischen A und einem 10cm entfernten Punkt?
vi) Welche Arbeit verrichtet die Spannungsquelle an einer Ladung zwischen A und B?
4.) Berechne in den folgenden Schaltungen die gesuchten Bestimmungsstücke!
Linke Schaltung: UAB vor und nach dem Schalterschluss. (Lösung: vorher: 5V; nachher: 0V)
Rechte Schaltung: Ströme durch die Widerstände (Lösung: I1=0A, I3=3,3333A, I2=5A)
A
1
3
R
2
R
B
10V
=
10V
1
=
1
5.) Eine quadratische Platte hat einen Widerstand von 10Ω.
a) Die Platte wird nun in der Hälfte auseinandergeschnitten. Für die folgende Aufgabenstellung soll
eine Plattenhälfte verwendet werden.
i) Lege nun an zwei Seiten der Platte eine Spannung an, so dass der elektrische Widerstand der
Plattenhälfte R1=5Ω beträgt! (Skizze) Begründe, warum die Teilplatte den halben Widerstand hat!
ii) Lege nun an zwei Seiten der Platte eine Spannung an, so dass der elektrische Widerstand der
Plattenhälfte R2=20Ω beträgt! (Skizze) Begründe, warum die Teilplatte den doppelten Widerstand hat!
6.) Ein Würfel der Kantenlänge von 1m hat einen Widerstand von 1Ω, wenn man an
gegenüber liegenden Flächen eine elektrische Spannung anlegt.
a) Begründe, warum ein Würfel mit der doppelten Seitenlänge, der aus dem selben Material
gefertigt ist, den halben Widerstandswert hat!
b) Nun wird aus dem gleichen Material ein Würfel mit dem halben Volumen gefertigt.
Welchen Widerstand besitzt dieser Würfel?
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7.)
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/komplexereschaltkreise/aufgaben#lightbox=/themenbereiche/komplexere-schaltkreise/lb/komplexereschaltkreise-musteraufgaben-mittelstufe-zweit-0
8.)
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/komplexereschaltkreise/aufgaben#lightbox=/themenbereiche/komplexere-schaltkreise/lb/komplexereschaltkreise-musteraufgaben-mittelstufe-6
9.)
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/komplexereschaltkreise/aufgaben#lightbox=/themenbereiche/komplexere-schaltkreise/lb/komplexereschaltkreise-zusatzaufgaben-elektrische
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