Kapitel 10 Elektrizität 2

Kap.10 Elektrizität 2 1

Kapitel 10Elektrizität 2

Kap.10 Elektrizität 2 2

10.1 Die elektrische Stromstärke

Versuch: Einfacher Stromkreis mit Amperemeter.

A

Ergebnis: Je heller die Glühlampe, desto mehr Strom fließt.

Die physikalische Größe dazu heißt elektrische Stromstärke.

Vergleich mit strömendem Wasser:Wenn in 10 s 2 dm³ Wasser aus einem Hahn fließen, sagen wir, dass 0,2 dm³/s Wasser durch den Querschnitt fließt.

Die Einheit der elektrischen Stromstärke ist das Ampere (A) .

Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viel elektr. Ladung pro Sekunde durch den Leiter fließt.

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A

Die Stromstärke wird mit einem Amperemeter gemessen.

Schaltsymbol:

Ein Amperemeter wird stets in Serie geschaltet!!!!

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10.2 Die elektrische Spannung

Warum fließt Strom? Wann fließt Strom?

Der Unterschied in den elektrischen Ladungszuständen bewirkt eine elektrische Spannung.

Die Spannung ist die Ursache für das Fließen des elektrischen Stromes.

Wir können eine Spannungsquelle auch als Elektronenpumpe auffassen.

Bei Schließen des Stromkreises fließen Elektronen vom Minus- zum Pluspol solange, bis ein Ladungsausgleich entsteht.

→ Die Spannung sinkt auf 0. Es fließt kein Strom mehr.

Die Einheit der Elektrischen Spannung ist das Volt. (V).

Messgeräte für die el. Spannung heißen Voltmeter. V

Ein Voltmeter wird stets parallel geschaltet!!!

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Spannungsquellen

Batterien

Steckdose

Solarzelle

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Die elektrische Spannung und der elektrische Strom können nicht gesehen werden, nur ihre Wirkungen Gefahr.

Spannungsprüfer: zum Nachprüfen ob in einer Steckdose eine Spannung ist.

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10.3 Der elektrische Widerstand

Bereits in früheren Versuchen: Die einzelnen Stoffe leiten den Strom unterschiedlich gut.

Diese Eigenschaft beschreiben wir mit dem elektrischen Widerstand.

Die Größe des elektrischen Widerstands wird in Ohm angegeben.

Wovon hängt der elektrische Widerstand ab?

Versuch 1:

Messstrecke mit verschiedenen Drahtlängen (Konstantandraht) Spannung 6V

Länge [m] 0,5 m 1 m 2 m

Stromstärke [A]

A

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Versuch 2: Verschiedene Querschnitte

Querschnitt[m²] einfach doppelt dreifach

Stromstärke [A]

Versuch 3: Verschiedene Drahtsorten

Drahtsorte Messing Konstantan

Stromstärke [A]

Rl

A

ρ.. spezifischer Widerstand l .. Länge des LeitersA .. Querschnitt des Leiters

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Beachte: Die Werte in der folgenden Tabelle beziehen sich auf eine Temperatur von 18°C.

Stoff Ohm pro 1 m Längeund 1 mm² Querschnitt

Silber 0,016

Kupfer 0,017

Gold 0,022

Messing 0,08

Eisen 0,1

Konstantan 0,5

Bogenlampenkohle 60 – 80

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Versuch 4: Eisendraht erhitzen.

A

Ergebnis: Bei den meisten Metallen steigt der Widerstand mit der Temperatur.

Erklärung: Durch die heftigere thermische Bewegung der Teilchen beim Erwärmen werden die Elektronen in ihrer Bewegung behindert.

Mit zunehmender Temperatur nimmt die elektrische Leitfähigkeit von Metallen ab.

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10.3.1 Das Ohmsche Gesetz

Versuch:Die angelegte Spannung soll im Bereich von 0 V bis 5 V variiert werden . Als Widerstand verwenden wir den Baustein mit der Aufschrift 500 Ω.

Wir messen Stromstärke und Spannung. und tragen die Werte in einem U-I- Diagramm auf.

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U [V] 0 1 2 3 4 5

I [mA]

[Ω]I

UR

10 U [V]5

2

10

I [mA]

Je größer die Spannung, desto größer die Stromstärke.

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Wir wiederholen den Versuch mit konstanter Spannung (4 V), aber verschiedenen Widerständen.(330 Ω, 500 Ω, 1 kΩ)

Je größer der Widerstand, desto kleiner die Stromstärke.

I

UR

eStromstärk

SpannungdtanWiderserElektrisch

Ohmsches Gesetz

A1

V11

Ampere1

Volt1Ohm1

Andere Formulierungen für das Ohmsche Gesetz: R

UI U = I∙R

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10.4 Schaltung von Widerständen 10.4.1 Serienschaltung von Widerständen

Die Stromstärke der in Serie geschalteten Widerstände wird mit dem Amperemeter gemessen. (30mA-Messbereich).

Das Voltmeter (30V) überprüft zuerst die Gesamtspannung (A-C), dann die Teilspannungen (A-B) und (B-C).

A

C

B

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150001,0

15

I

UR ges

ges

100001,0

10

I

UR 1

1

50001,0

5

I

UR 2

2

I = 10 mA

UAC = 15 V

UAB = 10 V

UBC = 5 V

Bei der Hintereinanderschaltung von Widerständen ist die Summe der Teilspannungen an den einzelnen Widerständen gleich der angelegten Spannung.

Uges = U1 + U2

Beim Hintereinanderschalten von Widerständen addieren sich die einzelnen Widerstände zum Gesamtwiderstand.

Rges= R1 + R2

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Rechenbeispiel: R1 R2R1 = 50 Ohm; R2 = 70 Ohm

Berechne den Gesamtwiderstand!

Wie groß ist die Stromstärke, wenn wir 12 V an die beiden Widerstände anlegen?

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10.4.2 Paralleschaltung von Widerständen:

Mittels Schalter und Taster können die Widerstände einzeln zugeschaltet werden, um die Teilstrom-stärken zu ermitteln.

Wird der Schalter geschlossen und die Taste gedrückt, kann die Gesamtstromstärke abgelesen werden.

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Teilstromstärke im linken Zweig:

I1 = 9,5 mA

Teilstromstärke im rechten Zweig:

I2 = 19 mA

Gesamtstromstärke: Iges= 28,5 = I1 + I2

Spannung: U = 10 V

Die Summe der Teilströme ist gleich der GesamtstromstärkeIges = I1 + I2

Bei der Parallelschaltung ist der Kehrwert des Gesamtwiderstandes gleich der Summe der Kehrwerte der Einzelwiderstände.

11 R

UI

22 R

UI

gesges R

UI 21ges R

U

R

U

R

U

21ges R

1

R

1

R

1

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Bemerkung: Der Gesamtwiderstand ist stets kleiner als der kleinere der beiden Widerstände.

Beispiel:Parallelschaltung:R1 = 20 Ohm, R2 = 40 OhmRges = ?

R1

R2

40

3

40

1

20

1

R

1

ges

Rges = 13,3 Ohm

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11. Elektrizität und Magnetismus

11.1 Magnetismus

Wiederholung der bereits bekannten Phänomene des Magnetismus.

Magnetische Stoffe: Eisen, Kobalt, Nickel.

Magnetpole; Anziehung und Abstoßung

Gleichnamige stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.

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Untersuchung der Pole

Versuch: Wir bringen zwei Ringmagnete auf zwei verschiedene Arten zusammen.

Ergebnis: Ungleichnamige Pole ziehen sich an, gleichnamige Pole stoßen sich ab.

Die Pole heißen Nordpol (rot) und Südpol (grün)

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Magnetische InfluenzVersuch:

Eisen Magnet

In der Nähe eines Magneten wird ein Eisenstück selbst magnetisch. = Magnetische Influenz

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Bringt man eine Stricknadel in die Nähe eines Magneten, bleibt ein Restmagnetismus (Remanenz)

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Weitere Untersuchungen:

Versuch:

1. Laubsägeblatt magnetisieren, anschließend mit Kompass untersuchen.

Ergebnis: Es entsteht Nord- und Südpol.

2. Laubsägeblatt teilen:

Ergebnis:

Teilt man einen Magneten immer wieder, erhält man stets wieder Magneten mit Nord- und Südpol.

Dies kann man fortsetzen bis zu einer Größe von 0,01 bis 1 µm. (Größe der Elementarmagnete)

Diese Elementarmagnete sind in jedem ferromagnetischen Stoff vorhanden.

Magnetisieren bedeutet also das Ausrichten der Elementarmagnete.

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Ein Magnet kann durch Erschüttern oder durch Erhitzen über eine bestimmte Temperatur wieder unmagnetisch werden.Curietemperatur (Fe 769°C, Ni 356°C, Co 1075°C)

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