PPT

Ladungen

 2 Arten positive Ladung: Glas mit Seide

negative Ladung: Hartgummi mit Fell

 Eigenschaft gleichnamige Ladungen: Abstossung ungleichnamige Ladungen: Anziehung

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

Strommessgerät: Amperemeter Amperemeter wird in Serie geschaltet

Amperemeter im Stromkreis

Stromarten

 Gleichstrom + -

+ -

technische

 Wechselstrom

physikalische Stromrichtung

Elektrische Spannung Spannungsquellen 1. Zitronen-/Kartoffelbatterie

Zn

Cu 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.

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: Akkumulator Beispiel: Lithium-Batterien 5. Batteriearten

Experimente: U, I, R, W

Experiment: U messen

V

Experiment: U messen

V

Experiment: U messen

V

Spannungsmessgerät: Voltmeter Das Spannungsmessgerät wird parallel geschaltet Einheit: Volt

Experiment: I messen I

Experiment: I messen

I

Experiment: I messen

I

Strommessgerät: Amperemeter Das Strommessgerät wird in Serie geschaltet Einheit: Ampere

R messen

Widerstandsmessgerät: Ohmmeter

Das Ohm‘sche Gesetz

Zusammenhang: U, I, R I~U I ~ 1/R I = U/R

U = I*R

Schaltung von Ohm‘schen Widerständen

2 Arten R1

U

U

R1

R2

R2

Serienschaltung

Parallelschaltung

Die Serienschaltung I

R1 U R2

U = U1 + U2 = I(R1 + R2) I*R1 I*R2

U 1

U = U1 + U2

U2

R= (R1 + R2)

Der Gesamtwiderstand ist die Summe der Teilwiderstände.

Die Parallelschaltung Stromknoten

Für Stromknoten gilt: Summe der zufließenden Ströme = Summe der abfließenden Ströme

I = I1 + I2

U

I2

I I1 R1

R2

U

Stromknoten

I = I1 + I2 = U(1/R1 + 1/R2) -> 1/R = 1/R1 + 1/R2 U/R1 U/R2

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

Serienschaltung (Experiment)

R1

_500__Ω___

U R2

U = ___18,7_V__

I = __0,022_A__

__329__Ω___

Rgesamt, gemessen = __829__Ω___

Rgesamt, berechnet = __829_Ω____

Der Gesamtwiderstand ist größer als die Einzelwiderstände!!! Anwendung: __Schaltung von Elektrogeräten (Beleuchtungskörper) – Nachteil!__

Parallelschaltung (Experiment) __330__Ω___ U

R1

R2 __500__Ω__

U = __10,5__V___ I = __0.05_A__ I1 = __0,03_A__

Rgesamt, gemessen = ___830____

Rgesamt, berechnet = ___198____

I2 = __0,02_A__ Der Gesamtwiderstand ist kleiner als die Einzelwiderstände!!! Anwendung: Schaltung von Elektrogeräten (Beleuchtungskörper)

Beispiel Glühbirne

U = ___250 __V__

R berechnet = ___________

I = ____4,5_A___ R gemessen = __110_Ω___

Bei höherer Temperatur ist der elektr. Widerstand größer!

Kirchhoff‘sche Regeln I2

I I1 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)

Kirchhoff‘sche Regeln I

U2

R2 R1 U

U = U1

0 = U1 + U2 + U3 U = U2 + U3

U1 R3 U3

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

Beispiel1 R1=100 Ω

R2=200 Ω

U R3=300 Ω

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

Beispiel2

R1=100 Ω R2=100 Ω U

R3=100 Ω

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

Beispiel3

R1=100 Ω

R2=200 Ω

R3=200 Ω

Serienschaltung

Parallelschaltung

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

Elektrische Energie(Arbeit) -

Leistung Glühbirne

P=U*I

Einheit: Watt (W)

P=W/t W=U*I*t U = ___250 __V__ I = ____0,45_A__ Rgemessen = __110_Ω__

Einheit: Ws =J

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

Elektrische Energie(Arbeit) -

Leistung

Welche Leistung hat die Glühbirne?

Glühbirne U = ___250 _V_ I = ____0,45_A_ Rgemessen = _110_Ω_

P=U*I

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

Welche Energie wird in 10 Stunden verbraucht?

W=U*I*t

= 250 V * 0,45 A*10h = = 1125 Wh = 1,125 kWh

Welche 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-/RasierSteckdose

Der Kraftstromstecker V: 400 V ~

I: 16A

(kurzzeitig: 32A)

Anschlüsse: 3 Phasenleiter 1 Neutralleiter 1 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