Arbeitsblatt: Spannung, Stromstärke, Widerstand AB

Elektrizität 1 1. Der elektrische Stromkreis Versuch: Glühender Eisendraht Wir legen einen gespannten Eisendraht an eine Stromquelle (Trafo) an. Beobachtung: Bei kleiner Spannung (ca. 4V) Bei höherer Spannung (14V) Das Fliessen eines elektrischen Stroms lässt sich nicht direkt beobachten, man kann jedoch den Strom anhand seiner Wirkungen erkennen. Die zwei Wirkungen des elektrischen Stroms sind: Mit Hilfe einer Glühbirne kann man die des elektrischen Stroms ausnützen. Der obige Versuch kann bereits als (wenig effiziente) Glühbirne betrachtet werden. Eine konventionelle Glühbirne ist wie folgt aufgebaut: 1 Ordne zu! Halterung 2 Gewindesockel 3 Glühwendel 4 Lotpunkt 5 Glaskolben (luftleer) Die Glühbirne „verbraucht Strom, sie ist also ein Verbraucher. Schreibe noch andere Verbraucher auf: Elektrizität 2 Damit ein elektrischer Strom fliesst, benötigen wir eine Stromquelle. Eine mögliche Stromquelle ist eine handelsübliche Batterie. Betrachtet eine 4.5V-Batterie. Welche Angaben findet ihr darauf? Nenne weitere mögliche Stromquellen. Neben der Stromquelle und der Batterie benötigt es für das Fliessen des elektrischen Stroms noch einen Leiter. Dies sind jene Stoffe, durch welche der elektrische Strom fliessen kann (z.B. Eisen, Kupfer, Kohle, Salzwasser.). Nicht alle Stoffe besitzen diese Eigenschaft (Kunststoffe, Glas, Luft,.). Nichtleitende Stoffe heissen Isolatoren. Versuch: elektrischer Stromkreis Versucht eine Stromquelle, ein Verbraucher und einen Schalter mit den Kabeln als Leiter so zusammenzustecken, dass die Glühbirne leuchtet. Zeichnet anschliessend eine Schaltskizze mit den unten angefügten Schaltzeichen. Welche Teile sind zwingend notwendig, um die Lampe zum Leuchten zu bringen? Elektrizität 2. Das Ohmsche Gesetzt Spannung, Stromstärke und Widerstand sind die drei wichtigsten Begriffe in der Elektrizitätslehre. Bei jedem Stromkreis können diese drei Phänomene gemessen werden. Spannung: Die Spannung wird mit der Einheit (Volt) angegeben und mit dem Buchstaben abgekürzt. Sie ist die Stärke des Antriebes in einem Stromkreis. Stromstärke: Die Stromstärke wird mit der Einheit (Ampère) gemessen und ist Abhängig davon wie viele Elektronen pro Sekunde durch den Leiter fliessen. Die Stromstärke wird mit dem Buchstaben abgekürzt. Die beiden Grössen lassen sich gut mit einem Wasserkreislauf vergleichen: Aufgabe: a) Versuche im oberen Bild die Begriffe Spannung, Stromstärke, Stromquelle und Verbraucher den Begriffen Turbine, Wasserstrom, Wasserdruck und Pumpe zuzuordnen. Schreibe die Begriffe an den richtigen Platz im oberen Bild b) Zeichen eine Schaltskizze eines zum obigen Wasserkreislaufes vergleichbaren Stromkreises. 3 Elektrizität 4 Versuch: Verhältnis zwischen Spannung und Stromstärke Benötigtes Material: Trafo, Ampèremeter, 3 Kabel, Verbraucher, Verlängerungskabel. Vorgehen: Wir wollen einen Zusammenhang zwischen Stromstärke und Spannung finden. Dazu werden wir in folgender Schaltung unterschiedliche Spannungen anlegen und die Stromstärke messen. Schaltskizze: Spannung (U) Beobachtung: Trage die gemessenen Stromstärken in folgendes Koordinatensystem ein. 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Stromstärke (I) Elektrizität Interpretation: 5 ist zu proportional, dass heisst es gibt einen Faktor bei dem UR Diese Formel nennt man nach seinem Entdecker das Ohmsche Gesetz. Der Faktor ist der elektrische Widerstand und hat die Einheit (Ohm). Aufgaben a) Ergänze die Sätze: Je grösser die Spannung der Batterie desto die Stromstärke. Je kleiner die Spannung an der Batterie desto die Stromstärke. Je der Widerstand desto kleiner die Stromstärke. Je der Widerstand desto grösser die Stromstärke. b) An eine Batterie mit einer Spannung von 9V, wird ein Widerstand von 4,5 angelegt. Wie gross ist die Stromstärke des elektrischen Stroms, der nun durch den Widerstand fliesst? c) Auf einer Glühbirne steht: 12V 40mA. Wie gross ist ihr Widerstand im Betrieb? d) Durch einen Widerstand von 4700 fliesst ein Strom mit der Stromstärke 0.00123A Wie gross ist die Spannung über dem Widerstand? Elektrizität 6 3. Der Körperwiderstand Versuch Messung des Körperwiderstandes Material: 4.5V-Batterie, Ampèremeter, 3 Kabel, 2 Kupferrohre Vorgehen: Wir legen auf die beiden stromleitenden Kupferrohre mittels der Batterie eine Spannung von 4.5V an. Sobald nun ein Mensch die beiden Rohre je in eine Hand nimmt, sollte, wenn der Körperwiderstand nicht zu hoch ist, ein schwacher elektrischer Strom durch den Körper fliessen. Diesen wollen wir messen und mit dem Ohmschen Gesetz den Körperwiderstand berechnen. Ergebnis: Im Schnitt haben wir in der Klasse eine Stromstärke von gemessen. Der durchschnittliche Körperwiderstand beträgt also. Aufgaben 1. An einer Steckdose ist eine Spannung von 230V. Wie gefährlich ist ein elektrischer Strom? Mit was für Schäden muss bei dieser Spannung Gerechnet werden? 0 – 0.5 mA Nicht spürbar und keine 2. Ab welcher Spannung ist mit einem tödlichen schädlichen Folgen. Ausgang beim Menschen zu rechnen? Theoretisch spürbar, es 3. Ab welcher Spannung kann das Loslassen der 2 – 10 mA kann zu Schreckunfällen Leitung problematisch werden? kommen. 10 – 50 mA 50 – 500 mA Ab 500 mA Muskelkontraktionen („Kleben am Strom) und Atemschwierigkeit. Herzkammerflimmern, Herz- und Atemstillstand. Zusätzlich schwere innere Verbrennungen.