Ladungen

2 Arten

Eigenschaftgleichnamige Ladungen: Abstossungungleichnamige Ladungen: Anziehung

positive Ladung: Glas mit Seide

negative Ladung: Hartgummi mit Fell

Ladungen

Messung: Elektroskop

Funktionweise: Abstossung von gleichnamogen Ladungen

Bandgenerator

(Van-de-Graaff-Generator)

An der starken Bandkrümmung

werden die Ladungen entnommen

Elektrischer Strom

Voraussetzung: Spannung und geschlossener Stromleiter

Schaltbild

Amperemeter im Stromkreis

Amperemeter wird in Serie geschaltet

Strommessgerät: Amperemeter

Stromarten

Gleichstrom

Wechselstrom

+-

+-

technische physikalische Stromricht

ung

Elektrische Spannung

Spannungsquellen

1. Zitronen-/Kartoffelbatterie

Zink, das unedlere Metall geht als Ion (Zn2+) in Lösung – im Metall bleiben Elektronen zurück – die Zinkionen nehmen Elektronen des Kupfermetalls auf -> Zn-Elektrode ist negativ und die Kupferelektrode ist positiv.Werden die beiden Elektroden verbunden, so fließen Elektronen vom Zn- zum Cu-Pol.

Zn

Cu

Elektrische Spannung

Anmerkungen zur Batterie

1. Batterie: Galvanisches Element

2. Anode: + Pol Kathode: - Pol Anode, Kathode: Elektroden Lösung mit geladenen Atomen(Molekülen): Elektrolyt Kation: Ion (+) wandert zur Kathode Anion: Ion (-) wandert zur Anode Beispiel: Salz im Wasser NaCL -> Na+ Cl-

3. Klassische Batterie: Zink – Kohle –Batterie Elektroden: Zink, Manganoxid (Braunstein) verschiedene Elektrolyte

Elektrische Spannung

Anmerkungen zur Batterie

4. Wiederaufladbare Batterien: AkkumulatorBeispiel: Lithium-Batterien

5. Batteriearten

Experimente: U, I, R, W

Experiment: U messen

V

Experiment: U messen

V

Experiment: U messen

V

Spannungsmessgerät: VoltmeterDas Spannungsmessgerät wird parallel geschaltetEinheit: Volt

Experiment: I messen

I

Experiment: I messen

I

Experiment: I messen

I

Strommessgerät: AmperemeterDas Strommessgerät wird in Serie geschaltetEinheit: Ampere

R messen

Widerstandsmessgerät: Ohmmeter

Das Ohm‘sche Gesetz

Zusammenhang: U, I, R

I = U/R

I ~ U

I ~ 1/R

U = I*R

Schaltung von Ohm‘schen Widerständen

2 Arten

U R1

R2U

R1

R2

Serienschaltung

Parallelschaltung

Die Serienschaltung

UR1

R2

U = U1 + U2

I

U1

U2

U = U1 + U2

I*R1

I*R2

= I(R1 + R2)

R= (R1 + R2)Der Gesamtwiderstand ist

die Summe der Teilwiderstände.

Die Parallelschaltung

U R1

R2

I

I1

I2

Für Stromknoten gilt:Summe der zufließendenStröme = Summe der ab-fließenden Ströme

I = I1 + I2

I = I1 + I2

U/R1

U/R2

= U(1/R1 + 1/R2) ->

1/R = 1/R1 + 1/R2

Der Kehrwert des Gesamtwiderstandes ist gleich der Summe der Kehrwerte der Einzelwiderstände

U

Serienschaltung

(Experiment)

UR1

R2

_500__Ω___

__329__Ω___

U = ___18,7_V__

I = __0,022_A__

Anwendung: __Schaltung von Elektrogeräten (Beleuchtungskörper) – Nachteil!__

Rgesamt, gemessen = __829__Ω___

Rgesamt, berechnet = __829_Ω____

Der Gesamtwiderstand ist größer als die Einzelwiderstände!!!

Parallelschaltung

(Experiment)

__330__Ω___

__500__Ω__

U = __10,5__V___

I = __0.05_A__

I1 = __0,03_A__

I2 = __0,02_A__

Anwendung: Schaltung von Elektrogeräten (Beleuchtungskörper)

Rgesamt, gemessen = ___830____

Rgesamt, berechnet = ___198____

U R1

R2

Der Gesamtwiderstand ist kleiner als die Einzelwiderstände!!!

Beispiel

U = ___250 __V__R berechnet = ___________

R gemessen = __110_Ω___

I = ____4,5_A___

Glühbirne

Bei höherer Temperatur ist der elektr. Widerstand größer!

Kirchhoff‘sche Regeln

U R1

R2

I

I1

I2

In jedem Knotenpunkt eines Stromkreises ist die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme. (1. Kirchhoff‘sche Regel)

I = I1 + I2

Kirchhoff‘sche RegelnI

In einer Masche ist die Summe der Spannungen, die die Spannungsquellen liefern, gleich der Summe der Spannungsabfälle. (2. Kirchhoff‘sche Regel)

U

R1

R3

R2

U1

U2

U3

U = U1

0 = U1 + U2 + U3U = U2 + U3

Beispiel1

R3=300 Ω

R2=200 Ω

R1=100 Ω

Lösung:Rges = R1 + R2 + R3 = 100 + 200 + 300 = 600 Ω

U

Beispiel2

Lösung:1/Rges = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 = 1/100 + 1/100 + 1/100 = 3/100 Ω => Rges = 100/3 Ω

U

R1=100 Ω

R2=100 Ω R3=100

Ω

Beispiel3

R3=200 Ω

R2=200 Ω

R1=100 Ω

Lösung:1/R23 = 1/R2 + 1/R3 = 1/200 + 1/200 = 1/100 => R23 = 100 ΩRges = R1 + R23 = 100 + 100 = 200 Ω

Parallelschaltung

Serienschaltung

Elektrische Energie(Arbeit) -

Leistung

U = ___250 __V__

Rgemessen = __110_Ω__

I = ____0,45_A__

P = U * I

Glühbirne

P = W / t W = U * I * t

Einheit: Watt (W)

Einheit: Ws =J

1kWh = 1000 . 3600 Ws = = 3,6 106 Ws oder J

Elektrische Energie(Arbeit) -

Leistung

U = ___250 _V_

Rgemessen = _110_Ω_I = ____0,45_A_

P = U * I

Glühbirne

W = U * I * t

= 250 V * 0,45 A = 112,5 W

Welche Energie wird in 10 Stunden verbraucht?

Welche Leistung hat die Glühbirne?

= 250 V * 0,45 A*10h = = 1125 Wh = 1,125 kWhWelche Kosten entstehen

dabei?1 kWh kostet etwa 15 c => K = 16,9 c

Elektrischer Strom im Alltag

Gleichstrom: direct current DC =

Wechselstrom: alternating current AC ~ Haushalt: 230V~

400V~ (Kraftstrom, Drehstrom)

Autobatterie: 12V= (-> Lichtmaschine)

Die Steckdose

V: 230 V ~ I: 10A (kurzzeitig 16A)

SCHUKO-Steckdose Sicherheits-/Rasier-Steckdose

Der Kraftstromstecker

V: 400 V ~ I: 16A (kurzzeitig: 32A)

Anschlüsse: 3 Phasenleiter

1 Neutralleiter1 Nulleiter (Erdung)

Anschlüsse einer Steckdose

Neutralleiter

Phasenleiter

Nulleiter (Erdung)

Phasenprüfer

Gefahren beim Umgang mit elektrischem

Strom

Batterien: Gleichstrom -> Brandgefahr im Gepäck

Auto: elektrische Anlage (12V=) -> hohe Ströme -> Kabelbrand bei Kurzschluss

Haushaltsspannungen sind lebensgefährlich!

Zugoberleitungen

Auswirkungen - Hilfe

1mA Stromschlag

10mA Schmerzempfindung – Muskelkontraktion

>80mA Atmungslähmung – Herzrythmusstörungen

Strom abschalten

Notarzt -> 144

Erste-Hilfe-Maßnahmen