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| − | ==Elektrischer Energietransport: Beladungsmaß und Leistung==
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| − | ====Versuch: Eine helle Lampe====
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| − | ;Aufbau
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| − | [[Datei:Stromkreis_Versuch_zwei_Lampen_Potential_als_Energiebeladungsmaß.jpg|thumb|Das linke Lampe ist an ein Netzgerät angeschlossen, die rechte über einen Schalter an die Steckdose.]]
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| − | Eine 60W-Glühbirne ist an der Steckdose angeschlossen, die andere (12V/250mA) wird mit einem Netzgerät<ref>Noch schöner wäre der Vergleich zwischen Batterie und "Steckdose".</ref> betrieben. Bei beiden Lampen wird die Stromstärke gemessen.
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| − | ;Beobachtung
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| − | Durch beide Lampen fließt der gleiche Strom mit einer Stärke von ca. 0,25 Ampère, aber die an der Steckdose angeschlossene Lampe ist viel heller!
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| − | ;Folgerung
| + | ==Aufgaben zu elektrischen Schaltungen== |
| − | Offensichtlich ist "der Strom aus der Steckdose" anders als "der Strom aus dem Netzgerät". Der "Steckdosenstrom" transportiert mehr Energie!
| + | '''1)''' Zeichne zu den aufgebauten Stromkreisen einen Schaltplan. |
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| − | ====Versuch: Kichererbsentransport====
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| − | ;Aufbau
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| − | In einer Kiste auf einer Seite des Raumes befinden sich Erbsen. (Man kann auch Streichhölzer nehmen.) Die Erbsen sollen in eine noch leere Kiste auf der anderen Seite transportiert werden. Aber jede Person darf nur zwei Erbsen nehmen!
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| − | Wir arbeiten zusammen und schauen, wie schnell wir die Erbsen transportieren können:
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| − | [[Datei:Energiestromstärke Leistung Versuch Erbsenstromstärke.png|512px]]
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| − | In diese leere Tabelle schreiben wir unsere Ergebnisse:
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| − | {|class="wikitable" style="text-align: center" | + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Erbsen-<br>beladung
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Zeit-<br>spanne
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Personen-<br>anzahl
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Erbsen-<br>anzahl
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Personen-<br>stromstärke
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Erbsen-<br>stromstärke
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>2\,\rm \frac{E}{P}</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | .
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | .
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | .
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| | |- | | |- |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |[[Bild:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A1a.png|350px]] |
| − | . | + | |[[Bild:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A1b.png|350px]] |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| | |} | | |} |
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| − | ;Messwerte und Auswertung
| + | '''2)''' Welche der Schaltkreise gehören zusammen? Male dazu Gebiete aus Kabeln und Schaltern in den gleichen Farben wie bei a) an! Ein Gebiet wird immer von der Batterie, den Lampen oder einem Schalter begrenzt. |
| − | {|class="wikitable" style="text-align: center"
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| − | Erbsen-<br>beladung
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Zeit-<br>spanne
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Personen-<br>anzahl
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Erbsen-<br>anzahl
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Personen-<br>stromstärke
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Erbsen-<br>stromstärke
| + | |
| | | | |
| − | |-
| + | [[Bild:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2.png|650px]] |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>2\,\rm \frac{E}{P}</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>70\,\rm s</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>69\,\rm P</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>138\,\rm E</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>3\,\rm \frac{E}{P}</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>64\,\rm s</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>64\,\rm P</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>192\,\rm E</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>8\,\rm \frac{E}{P}</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>28\,\rm s</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>21\,\rm P</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | <math>168\,\rm E</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |} | + | |
| | | | |
| − | Ob wir uns bei den Erbsen verzählt haben, kann man leicht überprüfen. Die Personenanzahl multipliziert mit der Erbsenbeladung muss die Erbsenanzahl ergeben!
| + | '''3)''' a) Zeichne einen übersichtlichen Schaltplan. |
| | + | :b) Trage in die Tabelle alle Schalterpositionen ein und schreibe dazu welche Lämpchen brennen. |
| | | | |
| − | Die Stromstärken berechnen sich als Personen pro Zeit und als Erbsen pro Zeit.
| + | [[Image:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A3.png|350px]] |
| | | | |
| − | Man bemerkt, dass man die Erbsenstromstärke auch mit Hilfe der Personenstromstärke ausrechnen kann. Dazu muss man nur die Personenstromstärke mit der Beladung multiplizieren!
| + | {| style="border-spacing:0;margin:auto;width:17.595cm;" |
| − | | + | |
| − | ==Vergleich des Erbsentransports mit dem elektrischen Energietransport==
| + | |
| − | Mit Hilfe des Erbsentransportes können wir erklären, warum die Lampen so unterschiedlich hell leuchten. Dazu vergleichen wir den Erbsentransport durch Personen mit dem Energietransport durch die elektrische Ladung:
| + | |
| − | | + | |
| − | *Die im Kreis laufenden Personen entsprechen der im Kreis fließenden Ladung: <math> \text{1 Person } \widehat{=} \text{ 1 Coulomb}</math>
| + | |
| − | *Die transportierten Erbsen entsprechen der transportierten Energie: <math> \text{1 Erbse } \widehat{=} \text{ 1 Joule}</math>
| + | |
| − | *Die Erbsenbeladung entspricht dem elektrischen Potential: <math> \text{1 Erbse pro Person } \widehat{=} \text{ 1 Joule pro Coulomb} = \text{1 Volt}</math>
| + | |
| − | | + | |
| − | Jetzt können wir die entsprechende Tabelle aufstellen:
| + | |
| − | | + | |
| − | {|class="wikitable" style="text-align: center" | + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Energie-<br>beladung
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Zeit-<br>spanne
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Ladungs-<br>menge
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Energie-<br>menge
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | (Ladungs-)<br>Stromstärke
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Energie-<br>stromstärke<br>(Leistung)
| + | |
| | |- | | |- |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:0.05pt solid #000000;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | '''S1''' |
| − | <math>12\,\rm V = 12\,\rm \frac{J}{C}</math>
| + | | align=center style="border-top:0.05pt solid #000000;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | '''S2''' |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | | align=center style="border-top:0.05pt solid #000000;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | '''S3''' |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:0.05pt solid #000000;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | '''L1''' |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:0.05pt solid #000000;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | '''L2''' |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border:0.05pt solid #000000;padding:0.097cm;" | '''L3''' |
| − | <math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| | |- | | |- |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | 1 |
| − | <math>230\,\rm V = 230\,\rm \frac{J}{C}</math>
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | 1 |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | 1 |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | an |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | an |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:0.05pt solid #000000;padding:0.097cm;" | an |
| − | <math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | |} | + | |
| − | | + | |
| − | Weil wir die Zeitdauer nicht kennen, die Lampen können ja eine Sekunde oder eine Stunde lang angeschaltet sein, können wir uns eine wählen.
| + | |
| − | | + | |
| − | Wählt man als Zeitdauer eine Sekunde, ist es einfach die geflossene Ladungsmenge zu bestimmen, denn bei einer Stromstärke von 0,25 Ampère fließen ja gerade 0,25 Coulomb pro Sekunde!
| + | |
| − | In zwei Sekunden fließen daher 0,5 Coulomb usw.
| + | |
| − | | + | |
| − | Die transportierte Energiemenge ergibt sich aus der geflossenen Ladung mal dem Beladungsmaß.
| + | |
| − | | + | |
| − | Die Energiestromstärke kann man jetzt entweder als Energie pro Zeit berechnen oder als Ladungsstromstärke mal Beladungsmaß.
| + | |
| − | | + | |
| − | {|class="wikitable" style="text-align: center"
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Energie-<br>beladung
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Zeit-<br>spanne
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Ladungs-<br>menge
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Energie-<br>menge
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | (Ladungs-)<br>Stromstärke
| + | |
| − | !width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Energie-<br>stromstärke<br>(Leistung)
| + | |
| | |- | | |- |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | 1 |
| − | <math>12\,\rm V = 12\,\rm \frac{J}{C}</math>
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | 1 |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | 0 |
| − | <math>1\,\rm s</math>
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | <math>0{,}25\,\rm C</math>
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:0.05pt solid #000000;padding:0.097cm;" | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| − | <math>3\,\rm J</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| − | <math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| − | <math>3\,\rm \frac{J}{s}</math>
| + | |
| | |- | | |- |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | 1 |
| − | <math>230\,\rm V = 12\,\rm \frac{J}{C}</math>
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | 0 |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | <math>60\,\rm s</math>
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | <math>15\,\rm C</math>
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:0.05pt solid #000000;padding:0.097cm;" | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| − | <math>3450\,\rm J</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| − | <math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| − | <math>57{,}5\,\rm \frac{J}{s}</math>
| + | |
| | |- | | |- |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | . |
| − | <math>U= \frac{E}{Q}</math>
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | <math>t</math>
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | <math>Q</math>
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:0.05pt solid #000000;padding:0.097cm;" | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| − | <math>E</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| − | <math>I = \frac{Q}{t}</math>
| + | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | |
| − | <math>P = \frac{E}{t} = U\,I</math>
| + | |
| − | |} | + | |
| − | | + | |
| − | ==Energietransport-Konzept== | + | |
| − | Ein elektrischer Stromkreis transportiert Energie, so wie in diesem Versuch ein Personenstromkreis Erbsen transportiert:
| + | |
| − | | + | |
| − | {|class="wikitable"
| + | |
| − | !style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | Personenstromkreis
| + | |
| − | | + | |
| − | !valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
| + | |
| − | elektrischer Stromkreis
| + | |
| − | | + | |
| | |- | | |- |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | . |
| − | | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | [[Datei:Energiestromstärke Leistung Versuch Erbsenstromstärke.png|200px]]
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | Ein elektrischer Stromkreis transportiert Energie von der Batterie zu einer Lampe.
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:0.05pt solid #000000;padding:0.097cm;" | |
| − | | + | |
| − | | + | |
| | |- | | |- |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | . |
| − | Der Personenstromkreis transportiert Erbsen von der Ausgabestelle zur Sammelstelle.
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | Ein elektrischer Stromkreis transportiert Energie von der Batterie zu einer Lampe.
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:0.05pt solid #000000;padding:0.097cm;" | |
| | |- | | |- |
| − | |style=" border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | . |
| − | Die Personen laufen im Kreis, niemand geht verloren.
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | |valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | Die elektrische Ladung fließt dabei im Kreis und wird nicht verbraucht.
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:0.05pt solid #000000;padding:0.097cm;" | |
| | |- | | |- |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | . |
| − | Jede Person transportiert die gleiche Anzahl von Erbsen.
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | |style="border-style: solid; border-width: 4px "| | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | Das elektrische Potential gibt an, wieviel Energie pro Ladung transportiert wird.
| + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:none;padding:0.097cm;" | |
| − | |} | + | | align=center style="border-top:none;border-bottom:0.05pt solid #000000;border-left:0.05pt solid #000000;border-right:0.05pt solid #000000;padding:0.097cm;" | |
| − | | + | |
| − | ==Das Potential als Energiebeladungsmaß und die elektrische Leistung== | + | |
| − | [[Datei:Leistung Beispiel.png|thumb|250px|Die Batterie belädt jedes Coulomb elektrische Ladung mit 6 Joule Energie.<br>Es fließen 5 Coulomb pro Sekunde im Kreis.<br>Daher werden 30 Joule Energie pro Sekunde von der Batterie zur Lampe transportiert, die Leistung beträgt 30 Watt:
| + | |
| − | <br><math>\ \ \ P=6\,\rm V \cdot 5\,\rm A = 30\,\rm W</math>
| + | |
| − | <br><math>\left( P=6\,\rm \frac{J}{C \!\!\!\! /} \cdot 5\,\rm \frac{C \!\!\!\! /}{s} = 30\,\rm \frac{J}{s} \right)</math>.]]
| + | |
| − | | + | |
| − | {|class="wikitable" style="border-style: solid; border-width: 4px "
| + | |
| − | | | + | |
| − | *Ein elektrischer Stromkreis transportiert Energie.
| + | |
| | |- | | |- |
| − | |
| |
| − | *Die Stromstärke I gibt an,<br>wieviel elektrische Ladung pro Zeit im Kreis fließt.
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| − | |
| |
| − | <math>I=\frac{Q}{t}</math>
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| − | |-
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| − | |
| |
| − | *Eine Batterie belädt die elektrische Ladung mit Energie, das Potential steigt.
| |
| − | :Bei einer Lampe wird die Energie wieder abgeladen, das Potential fällt.
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| − | |-
| |
| − | |
| |
| − | *Das Potential gibt an,<br>mit wieviel Energie die elektrische Ladung beladen ist.
| |
| − | |
| |
| − | <math>\varphi=\frac{E}{Q}</math>
| |
| − | |-
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| − | |
| |
| − | *Die Energiestromstärke oder Leistung gibt an,<br>wieviel Energie pro Zeit transportiert wird.
| |
| − | |
| |
| − | <math>P=\frac{E}{t}</math>
| |
| − | |-
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| − | |
| |
| − | *Je größer der Potentialunterschied (Spannung) und je größer die Stromstärke,<br>desto größer ist die Leistung.
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| − | |
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| − | <math>P=U\!\cdot\! I</math>
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| | |} | | |} |
| − | <br style="clear: both" />
| |
| − |
| |
| − | ===Parallelschaltung===
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| − | [[Datei:Leistung_Beispiel_Parallelschaltung.png|left|341px]]
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| − | Schaltet man zwei Lampen parallel, so fließt durch beide ein Strom der Stärke von <math>5\,\rm A = 5 \rm \frac{C}{s}</math>
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| − |
| |
| − | Die Leistung einer Lampe beträgt daher:
| |
| − |
| |
| − | <math>
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| − | \begin{align}
| |
| − | P &= 6\,\rm V \cdot 5\,\rm A \\
| |
| − | &= 6\,\rm \frac{J}{C \!\!\!\! /} \cdot 5\,\rm \frac{C \!\!\!\! /}{s} = 30\,\rm \frac{J}{s}\\
| |
| − | &= 30\,\rm W
| |
| − | \end{align}
| |
| − | </math>
| |
| − |
| |
| − | Zusammen haben die beiden Lampen eine Leistung von 60 Watt, was auch der Gesamtstromstärke von 10 Ampère bei 6 Volt Spannung entspricht.
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| − | <br style="clear: both" />
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| − |
| |
| − | ===Reihenschaltung===
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| − | [[Datei:Leistung_Beispiel_Reihenschaltung.png|left|279px]]
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| − | Jetzt fällt das Potential in zwei Schritten von 6 Volt auf 0 Volt ab. An jeder Lampe liegt also eine Spannung von nur 3 Volt an.
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| − |
| |
| − | Die Stromstärke beträgt nur noch 2,5 Ampère. Die hintereinander geschalteten Lampen haben nämlich einen größeren Widerstand als nur eine Lampe.
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| − |
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| − | Die Leistung einer Lampe berechnet sich nun zu:
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| − |
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| − | <math>
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| − | \begin{align}
| |
| − | P &= 3\,\rm V \cdot 2{,}5\,\rm A \\
| |
| − | &= 3\,\rm \frac{J}{C \!\!\!\! /} \cdot 2{,}5\,\rm \frac{C \!\!\!\! /}{s} = 7{,}5\,\rm \frac{J}{s}\\
| |
| − | &= 7{,}5\,\rm W
| |
| − | \end{align}
| |
| − | </math>
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| − |
| |
| − | Zusammen haben die Lampen eine Leistung von 30 Watt.
| |
| − | <br>Durch die Reihenschaltung ist die Leistung einer Lampe auf ein Viertel gesunken! Das liegt daran, dass sowohl die Spannung als auch die Stromstärke halbiert wurde.
| |
| − | <br style="clear: both" />
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| | | | |
| − | ==Fußnoten==
| + | '''4)''' a) Zeichne einen übersichtlichen Schaltplan. |
| − | <references />
| + | :b) Erstelle eine Tabelle aller Schalterpositionen und Lämpchen wie in Aufgabe 3). |
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| − | ==Links==
| + | [[Image:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A4.png|350px]] |
| − | *Video: [https://www.swrfernsehen.de/marktcheck/Brandrisiko-Mehrfachsteckdosen,mehrfachstecker-102.html Wenn nur noch Asche übrigbleibt Brandrisiko Mehrfachsteckdosen] SWR Marktcheck vom 12.11.2019, Autor*innen: Sigrid Born und Nicole Würth, Onlinefassung Andreas Reinhardt, Wirtschaftsredakteur Andreas Reinhardt
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| − | *Vortrag: [https://www.youtube.com/watch?v=yaCiVvBD-xc Mathias Dalheimer: Wie man einen Blackout verursacht] (Stromnetz und Sicherheit) media.ccc.de (youtube)
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