Arbeitsblatt: Stromkreis

Die Grössen im Stromkreis Physik Die Stromstärke I Sie wird in Ampère gemessen. Die Einheit ist nach ihrem französischen Entdecker André Marie Ampère benannt. Diese Grösse sagt aus, wie viele Elektronen in jeder Sekunde die Glühbirne durchlaufen und ihre Energie abgeben. Man kann die Stromstärke mit fliessendem Wasser in einem Rohr verglichen. Je schneller das Wasser durch das Rohr fließt, desto höher ist die Flussgeschwindigkeit. Genauso ist es auch beim elektrischen Strom. Je mehr Elektronen in einer Sekunde durch den Leiter fließen, desto größer ist die elektrische Stromstärke. Die Spannung U Sie wird in Volt gemessen. Die Einheit ist nach ihrem italienischen Entdecker Alessandro Volta benannt. Die Grösse sagt aus, wie viel Energie jedes einzelne Elektron im Stromkreis trägt. Die elektrische Spannung gibt den Unterschied der Ladungen zwischen zwei Polen an (vgl. Batterie). Spannungsquellen besitzen immer zwei Pole, mit unterschiedlichen Ladungen. Das Ungleichgewicht der Elektronenmenge nennt man elektrische Spannung. Entsteht eine Verbindung zwischen den Polen, kommt es zu einer Entladung. Bei diesem Vorgang fließt ein elektrischer Strom. Luftballon: Je mehr du einen Luftballon aufbläst, um so mehr merkst du, wie die Luft nach unten entweichen will. Staudamm: Je mehr Wasser sich in einem Stausee befindet, desto mehr drückt dieses an die Staumauer. Je höher die Spannung ist, desto größer wird der Elektronenfluss. Der Widerstand R Der Widerstand wird in Ohm () gemessen. Können durch einen Leiter (bspw. Kupferdraht) die Elektronen relativ mühelos durchfliessen, weist der Leiter einen geringen Widerstand auf. Isolatoren hingegen haben einen hohen Widerstand. Die Elektronen haben Mühe durch den Isolator (bspw. Kunststoff) zu fliessen. Die Grösse sagt also aus, wie gut die Elektronen durch etwas fliessen können. 1 Das Ohmsche Gesetz Physik Das Ohmsche Gesetz besagt, dass die Stromstärke in einem Leiter und die Spannung zwischen den Enden des Leiters direkt proportional sind. Die Formel UR I ist eine mathematische Darstellung dieses Gesetzes.Mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes lassen sich die drei Grundgrößen eines Stromkreises berechnen, wenn mindestens zwei davon bekannt sind. Die drei Grundgrößen sind Spannung, Stromstärke und der Widerstand (R). Formeln: Tipp: Decke einfach die Grösse ab, die du berechnen willst und du erhältst die Formel! Berechne: I 2 220 2,4 5,2 Ohm 27,5 Ohm 40,62 3385 mA 4,5 1,2 2,8 Ohm 0,75 Ohm 12 0,25 3 Aufgaben 1. An einem Widerstand von 1,5 k fällt eine Spannung von 3 ab. Wie groß ist die Stromstärke? 2. An einem Widerstand von 330 misst man eine Stromstärke von 15 mA. Wie groß ist die Spannung? 3. An einem Widerstand misst man eine Spannung von 6,75 und eine Stromstärke von 25 mA. Wie groß ist der Widerstand? 4. An einem Widerstand von 470 misst man eine Stromstärke von 5 mA. Wie groß ist die Spannung? 5. An einem Widerstand misst man eine Spannung von 24 und eine Stromstärke von 20 mA. Wie groß ist der Widerstand? 6. An einem Widerstand von 18 k fällt eine Spannung von 54 ab. Wie groß ist die Stromstärke? 4 StromPhysik und Spannungsmessung Strommessung Spannungsmessung Der elektrische Strom ist stark, wenn viele Elektronen pro Sekunde durch eine Leiterstelle fliessen. Die Elektronen können zwar nicht gezählt werden trotzdem kann die Stromstärke gemessen werden: Zwischen zwei verschieden starken elektrischen Polen besteht eine Spannungsdifferenz. Diese Spannung ist die Ursache für das Bestreben zum Ladungsausgleich. Die elektrische Spannung wird gemessen mit dem: Amperemeter (Strommessgerät) Voltmeter (Spannungsmessgerät) Willst du die Stromstärke messen, so musst du die Leitung unterbrechen und das Amperemeter dazwischen setzen! Das Amperemeter darf nie ohne Verbraucher direkt an eine Spannungsquelle angeschlossen werden. Willst du die Spannung messen, so lasse den Stromkreis unverändert! Verbinde die beiden Punkte, zwischen denen die Spannung bestimmt werden soll, mit dem Voltmeter. Die Stromstärke wird also gemessen, indem man Die Spannung wird also gemessen, indem man Auftrag: Füge in die leeren Kreise die richtigen Messgeräte ein (Voltmeter oder Amperemeter) Übung: Trage das richtige Messgerät an der entsprechenden Stelle ein 5 6 Elektrische Leistung (Watt) Physik Elektrische Leistung ist die Leistung, die als elektrische Energie pro Zeit bezogen oder geliefert wird. Angaben über den Bedarf von elektrischer Wirkleistung auf elektrischen Maschinen und Gebrauchsgegenständen wie beispielsweise Heizgeräten, Motoren oder auch Lampen erfolgen in Watt (W). Die Leistung errechnet sich folgendermassen: PI PU Aufgaben zur Leistungsberechnung 1) Eine Lampe ist an 12 angeschlossen und verbraucht einen Strom von 6.25 A. Berechne den Widerstand und die Leistung der Lampe. 2) Wie gross sind der Strom und Widerstand folgender 230 Gluhlampen? a) 40 b) 60 c) 100 3) Ein Tauchsieder fur 230 hat eine Nennleistung von 700 W. Berechne den Nennstrom, den Betriebswiderstand. 4) Eine 2 kW Kochplatte hat einen Widerstand von 80 , Wie gross ist Spannung? Lösungen: 1.) 1.92 P 75 7 2.) I0,174 A, R1322,5 I/0,261 A, R881,7 / I0,44 A, R529 3.) I3,04 / R 75 8 4.) U 400 Experiment zur Spannung: Durchführung: Bohre mit der Schere am unteren Becherrand etwa 1 cm über dem Boden ein möglichst rundes Loch in den Becher, etwa 3mm groß. Fülle nun Wasser in den Becher und beobachte den Wasserstrahl. Ergebnis: Wenn der Becher noch voll ist, tritt ein recht kräftiger Wasserstrahl aus. Dieser Wasserstrahl wird immer schwächer, je weiter der Becher entleert ist. Das liegt an dem immer geringer werdenden Wasserstand im Becher, der Wasserdruck lässt immer mehr nach. Genau so ist es, wenn eine Batterie langsam verbraucht wird, dort wird die Spannung auch immer geringer und damit auch der Strom. Bei einer Taschenlampe kann man das gut beobachten, wenn das Taschenlampenlicht immer dunkler wird. 9