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Anke Ganzer

Physik kompetenz-orientiert:Elektrizitätslehre 37. / 8. Klasse

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Downloadauszug

aus dem Originaltitel:

7./8. Klasse

Anke Ganzer

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Physik II – kompetenzorientierte

AufgabenOptik, Mechanik, Wärmelehre,

Energie, Elektrizitätslehre

Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im eigenen Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist nur für den genannten Zweck gestattet, nicht jedoch für einen schulweiten Einsatz und Gebrauch, für die Weiterleitung an Dritte (einschließlich aber nicht beschränkt auf Kollegen), für die Veröffentlichung im Internet oder in (Schul-)Intranets oder einen weiteren kommerziellen Gebrauch. Eine über den genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem Fall der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages. Verstöße gegen diese Lizenzbedingungen werden strafrechtlich verfolgt.

verfo

Heide und Rüdiger Hildebrandt: Sekunden, Minuten und Stunden umrechnen

© Persen Verlag I

1Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Elektrizitätslehre 3© Persen Verlag

Elektrizitätslehre II

Die elektrische Stromstärke

1. Vervollständige den Lückentext.

Die elektrische Stromstärke gibt an, wie ____________________________________

___________________ durch den Querschnitt eines elektrischen Leiters bewegen.

Sie hat das Formelzeichen ____, wird in der Einheit ______ angegeben und mit einem

_______________ gemessen, welches stets ______________ geschaltet wird.

2. Lies die elektrische Stromstärke für die verschie-denen Zeigerstellungen und Messbereiche ab.

Messbereich(Gleichstrom) Zeiger A Zeiger B Zeiger C

0,5 mA

5 mA

1,5 mA

15 mA

3. In folgenden Stromkreisen kannst du die Stromstärke jeweils an vier Stellen messen.

a) Zeichne in jeder Schaltung die vier Messgeräte ein. Nummeriere sie von der Span-nungsquelle entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn.

b) Formuliere die Zusammenhänge zwischen den Messwerten.

In Reihenschaltungen gilt: In Parallelschaltungen gilt:

_______________________________ _______________________________

c) Ergänze die Tabellen für diese Stromkreise.

I1 in mA I2 in mA I3 in mA I4 in mA I1 in mA I2 in mA I3 in mA I4 in mA

450 450 600 200

350 350 250 150

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tromkreisen ka

ch

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© Persen Verlag 1



Die elektrische Spannung

1. Vervollständige den Lückentext.

Die elektrische Spannung gibt an, wie _____________________________________

____________ im elektrischen Feld ist. Sie hat das Formelzeichen ____, wird in der

Einheit _____ angegeben und mit einem _________________________ gemessen,

welcher stets __________________ geschaltet wird.

2. Lies die elektrische Spannung für die verschie-denen Zeigerstellungen und Messbereiche ab.

Messbereich(Gleichspannung) Zeiger A Zeiger B Zeiger C

0,5 V

5 V

1,5 V

15 V

3. In folgenden Stromkreisen kannst du die Spannung jeweils an vier Stellen messen.

a) Zeichne in jeder Schaltung die vier Messgeräte ein. Nummeriere sie von der Span-nungsquelle entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn.

b) Formuliere die Zusammenhänge zwischen den Messwerten.

In Reihenschaltungen gilt: In Parallelschaltungen gilt:

_______________________________ _______________________________

c) Ergänze die Tabellen für diese Stromkreise.

U1 in V U2 in V U3 in V U4 in V U1 in V U2 in V U3 in V U4 in V

12 2 3 8 8 8

6,5 4,8 5,5 12 12 12

rm

zeigersinn

g je

ein. Numm

weils

merier

an vier Stell

nunne in jedesquelle en

tromkreisen ka

r Schaltungge

st


© Persen Verlag 2



4. Hannes baut folgenden Stromkreis auf und misst die Klemm- und die Leerlauf-spannung. Jedoch sind seine Aufzeichnungen nicht ganz vollständig. Ergänze sie.

Leerlaufspannung UL: Schalter ist _________________,

Stromkreis ist _________________.

Klemmspannung UK: Schalter ist _________________,

Stromkreis ist _________________.

<

Die _______________________________ in einem Stromkreis ist immer kleiner als die

____________________________, da die Spannung den elektrischen Strom durch das

Bauelement und durch die Spannungsquelle antreibt.

5. Lars experimentiert mit 3 Flachbatterien und einer 12 V Glühlampe und baut folgenden Stromkreis auf.

a) Welche Spannung liegt an der Lampe an?

b) Begründe deine Angabe.

c) Welche Auswirkung auf die Lebensdauer der Glühlampe hat die erreichte Spannung bei längerer Benutzung?

d) Lars wiederholt seinen Versuch und schaltet die 3 Flachbatterien parallel zueinander. Was wird er voraussichtlich feststellen? Kreuze an. � Die Flachbatterien haben einen Kurzschluss. � Die Glühlampe leuchtet nur sehr schwach. � Die Flachbatterien entladen sich langsamer als bei der Reihenschaltung. � Die Lebensdauer der Glühlampe erhöht sich.

e) Zum Schluss baut Lars eine zweite 12 V Glühlampe einmal parallel und einmal in Reihe in den Stromkreis aus 5 a) ein. Zeichne die Schaltungen auf .

f) Gib in beiden Stromkreisen die an der Glühlampe anliegende Spannung an.

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Flachbatteriühlam

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batteri

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antreibt.

d einer 1

mkreis

en elektrisc

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© Persen Verlag 3



Berechnungen der Stromstärke und Spannung

1) 2)

I1 in mA I2 in mA I3 in mA I4 in mA I1 in mA I2 in mA I3 in mA I4 in mA

450 200 450 200

350 150 350 150

120 300 500 230

3) 4)

U1 in V U2 in V U3 in V U4 in V U1 in V U2 in V U3 in V U4 in V

6 3,5 12 4

3,5 12 5,5 2,5

5,6 4,4 6 4,2

5) (1) U1 = 24 V U2 = _____

(2) U1 = _____ U2 = 6 V

(3) I1 = 400 mA I2 = 100 mA I3 =_____ I4 = _____

(4) I1 = _____ I2 = 550 mA I3 = 200 mA I4 = _____

3,5

5,6

U3

3,

U4 inU

4)

500

A I3

00

35


© Persen Verlag 4



Zusammenhang zwischen Stromstärke und Spannung

1. Til und Marco haben in einer Reihenschaltung mit einer Spule, einem Schalter und einer Spannungsquelle die Spannung und die Stromstärke gemessen.

a) Zeichne den Schaltplan mit Spannungs- und Strommesser.

Spannung in V 0 2 4 6 8 10 12

Stromstärke in mA 0 40 80 140 160 180 240

b) Stelle die Mess-werte in einem I(U)-Diagramm dar.

c) Gib den mathematischen Zusammenhang zwischen U und I an.Begründe deine Aussage.

d) Einige Messwerte weisen eine Messabweichung auf. Gib einen dieser Werte an.Kreuze die Ursache für diese Messabweichung an: � Der Stromkreis war nicht ganz geschlossen. � Die Temperatur war während der Messung nicht konstant. � Es traten große Spannungsschwankungen auf. � Die Stromstärke war zu schwach.

e) Georg Simon Ohm (1789–1854) entdeckte diesen Zusammenhang und formulierte das nach ihm benannte Ohmsche Gesetz. Vervoll-ständige es.

In einem Leiter ist die Stromstärke I der Spannung U

_____________________ unter der Bedingung, dass die

_____________________ konstant ist. Kurz ______________.

Einigeeuze dieDer S

Messwerte U

ussaammenhang zwc) Gib

140

8

160 1


© Persen Verlag 5



2. Zur Untersuchung des Zusammenhanges zwischen der Stromstärke und der Spannung in einem Stromkreis mit einer Glühlampe haben Nils und Oliver folgende Messwertpaare aufgenommen.

Spannung in V 0 2 4 6 8 10 12


a) Stelle die Messwerte in einem I(U)-Diagramm dar. Verbinde die Punkte.

b) Bestimme mit dem Diagramm die Stromstärke für 1 V, 3 V und 5 V.

c) Wie erklärst du dir die Messwerte ab 8 V?

3. In einem anderen Experiment wurden zwei Bauteile untersucht und die Messwerte in einem Diagramm dar-gestellt.

Für welches Bauteil gilt das Ohmsche Gesetz? Begründe. Nenne das Ohmsche Gesetz.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6

I in mA

U in V

inem wei Bau

swerte iellt.

anderen Expile unter

peri

werte ab 8 V?

r 1 V, 3 V und

c) Wie

mme mit dem Diagram


© Persen Verlag 6



Der elektrische Widerstand

1. Vervollständige folgende Sätze.

Der elektrische Widerstand eines Leiters gibt an, wie stark ______________________

_______________________________________. Er hat das Formelzeichen ____ und wird

in der Einheit ___ angegeben. Er wird mit der Gleichung ___________ berechnet.

2. Luisa und Sally haben nach einem Experiment die Messwerte für einen Widerstand in folgendem Diagramm dargestellt.

a) Gib den mathematischen Zusammenhang zwischen I und U an. Begründe deine Aussage.

b) Berechne für zwei geeignete Messwerte den elektrischen Widerstand.

c) Luisa und Sally wiederholen den Versuch mit einem zweiten Widerstand. Trage die Messwerte in das Diagramm ein.

U in V 0 2 4 6 8 10 12

I in mA 0 5 10 15 20 25 30

d) Luisa behauptet, dass der zweite Widerstand größer ist. Was meinst du dazu? Begründe deine Antwort.

e) Sie stellen fest, dass die Stromstärke von der Spannung und dem Widerstand beein-flusst wird. Formuliere die Zusammenhänge in zwei Je-desto-Sätzen.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10 12

I in mA

U in V

U in VI in mA

uisa be

ally werte in das

0

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en

en elektrischen Wide

8 10

U in V

b) Be chne für zw

Auss

ei geei

undsage. 0

10

0

30


© Persen Verlag 7



3. Finde die Fehler und korrigiere sie.

R = U · I

U = RI

I = RU

450 kΩ = 45 Ω

860 Ω = 8,6 kΩ

0,02 kΩ = 200 Ω

4. Berechne in deinem Heft.

a) Ein elektrisches Haushaltsgerät hat folgende Kenndaten: 1,5 A, 230 V. Berechne den elektrischen Widerstand.

b) Durch einen 51-Ω-Widerstand fließt ein Strom von 320 mA. Wie groß ist die anliegende Spannung?

c) Ein elektrisches Haushaltsgerät hat einen Widerstand von 68 kΩ. Wie groß ist der flie-ßende Strom bei einer Spannung von 230 V?

5. An eine Reihenschaltung aus Schalter, Glühlampe und 50-Ω-Widerstand wird eine Gesamtspannung von 12 V angelegt, daraufhin fließen im Stromkreis 150 mA.

a) Skizziere einen Schaltplan.

b) Vervollständige die Zusammenhänge für die Stromstärke und Spannung.

IGesamt = ILampe IWiderstand UGesamt = ULampe UWiderstand

c) Berechne die anliegende Spannung am Widerstand und an der Glühlampe.

d) Nun wird ein 30-Ω-Widerstand verwendet. Wähle aus, was passiert. � Die Stromstärke im Stromkreis wird kleiner / bleibt gleich / wird größer. � Die an der Glühlampe anliegende Spannung wird kleiner / bleibt gleich / wird größer. � Am 30-Ohm-Widerstand liegt nun eine niedrigere / gleich große / höhere Spannung an als am 50-Ohm-Widerstand. � Die Lampe leuchtet nun dunkler / gleich hell / heller als beim ersten Aufbau.

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die Z

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mA.

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hlampe ufhin fließ

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d 5

e groß is

kΩ. Wie g


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Lernzielkontrolle

1. Ordne zu.

Elektrische Stromstärke

Elektrischer Widerstand

Elektrische Spannung

… gibt an, wie stark der Antrieb des elektrischen Stroms ist.

… gibt an, wie stark der elektrische Strom in einem Leiter behindert wird.

… gibt an, wie viele Ladungsträger sichin einer bestimmten Zeit durch den Querschnitt eines Leiters bewegen.

I in A oder mA

R in Ω oder kΩ

U in V oder kV

2. In diesem Stromkreis kannst du die Stromstärke und die Spannung an vier Stellen messen. Ergänze mit den Zeichen +, – oder =, sodass für diesen Stromkreis wahre Aussagen entstehen.

a) I1 I2 I3 I4

b) U1 U2 U3 U4

3. Berechne die Stromstärke und die Spannung.

U1 in V U2 in V U3 in V U4 in V

12 7

8,5 5

I1 in mA I2 in mA I3 in mA I4 in mA

680 430

360 800

4. Welche Spannung liegt an den 40 Lampen einer Weihnachtsbaumbeleuchtung an, wenn sie in Reihe an die Netzspannung von 230 V angeschlossen werden?

in mA

80

8,5

I2 in mA

die

U4 in V

nnung.

gStromkreis

r Stelle wahre

3. Berech

U1 in V

U2

ne die Stro

4

U3 U

en +, –tromoder

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r kΩ

der kV

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© Persen Verlag 9


5. Martin und Antonia haben in einer Reihenschaltung mit einem Widerstand, einem Schalter und einer Spannungsquelle die Spannung und die Stromstärke gemessen.

a) Skizziere den Schaltplan mit den Messgeräten.

b) Trage die Messwerte in das Diagramm ein.

Spannung in V 0 2 4 6 8 10 12


c) Welcher Zusammenhang besteht zwischen Stromstärke und Spannung? Begründe deine Aussage.

d) Nenne und formuliere das hier geltende Gesetz.

e) Berechne für zwei geeignete Messwerte den elektrischen Widerstand.

f) Zeichne die Kennlinie einer Glühlampe mit einer anderen Farbe ein. Begründe den Verlauf.


enne und formulieere d

steht zwischen Stromsc) WelcBeg

8

160


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Lösungen/Physik – Elektrizitätslehre II

Die elektrische Stromstärke S. 1

1. Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viele elektrische Ladungen sich in einer bestimmten Zeit durch den Querschnitt eines elektrischen Leiters bewegen. Sie hat das Formelzeichen I, wird in der Einheit A angegeben und mit einem Strom-messer/Amperemeter gemessen, welcher stets in Reihe geschaltet wird.

2. Messbereich(Gleichstrom) Zeiger A Zeiger B Zeiger C

0,5 mA 0,095 mA 0,25 mA 0,44 mA

5 mA 0,95 mA 2,5 mA 4,4 mA

50 mA 0,3 mA 0,8 mA 1,4 mA

500 mA 3 mA 8 mA 14 mA

3. a)

b) In Reihenschaltungen: I1 = I2 = I3 = I4 In Parallelschaltungen: I1 = I2 + I3 = I4

c) I1 in mA I2 in mA I3 in mA I4 in mA I1 in mA I2 in mA I3 in mA I4 in mA

450 450 450 450 600 200 400 600

350 350 350 350 400 250 150 400

Die elektrische Spannung S. 2

1. Die elektrische Spannung gibt an, wie stark der Antrieb der Ladungsträger im elektrischen Feld ist. Sie hat das Formel-zeichen U , wird in der Einheit V angegeben und mit einem Spannungsmesser/Voltmeter gemessen, welcher stets parallel geschaltet wird.

2. Messbereich(Gleichspannung) Zeiger A Zeiger B Zeiger C

0,5 V 0,1 V 0,25 V 0,4 V

5 V 1 V 2,5 V 4 V

1,5 V 0,32 V 0,8 V 1,28 V

15 V 3,2 V 8 V 12,8 V

3. a)

b) In Reihenschaltungen gilt: U1 = U2 + U3 + U4 In Parallelschaltungen gilt: U1 = U2 = U3 = U4

c) U1 in V U2 in V U3 in V U4 in V U1 in V U2 in V U3 in V U4 in V

12 2 3 7 8 8 8 8

16,8 6,5 4,8 5,5 12 12 12 12

4. Leerlaufspannung UL : Schalter ist geöffnet, Stromkreis ist unterbrochen / offen. Klemmspannung UK : Schalter ist geschlossen, Stromkreis ist geschlossen.

V

0,32 V

3,2 V

ger B Ze

5 V 0,4 V

V

V

Spannung

er C

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ktrischemete

0

400

n mA

0

1

zeicheparallel g

2. essbeichs

che Spannun, wird in der Eischaltet wird.

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5

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g gibt an, it V a

mA

450

350

In Par

in mA

600

lelschaltunge

I2 in m


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UK < UL

Die Klemmspannung in einem Stromkreis ist immer kleiner als die Leerlaufspannung, da die Spannung den elektrischen

Strom durch das Bauelement und durch die Spannungsquelle antreibt.5. a) 13,5 V b) In Reihe geschaltete Spannungsquellen addieren sich: 4,5 V + 4,5 V + 4,5 V = 13,5 V c) Die 12 V Glühlampe wird mit einer höheren Spannung betrieben, dadurch sinkt die Lebensdauer. d) � Die Glühlampe leuchtet nur sehr schwach. � Die Flachbatterien entladen sich langsamer als bei einer Reihenschaltung. � Die Lebensdauer der Glühlampe erhöht sich. e) und f)

Berechnungen der Stromstärke und Spannung S. 4

1) I1 in mA I2 in mA I3 in mA I4 in mA 2) I1 in mA I2 in mA I3 in mA I4 in mA

450 200 250 450 450 200 200 250

500 350 150 500 500 350 350 150

300 180 120 300 500 270 270 230

3) U1 in V U2 in V U3 in V U4 in V 4) U1 in V U2 in V U3 in V U4 in V

6 3,5 2,5 6 12 4 8 8

12 8,5 3,5 12 8 5,5 2,5 2,5

10 5,6 4,4 10 6 1,8 4,2 4,2

5. (1) U2 = 24 V (2) U1 = 6 V (3) I3 = 300 mA I4 = 400 mA (4) I1 = 750 mA I4 =750 mA

Zusammenhang zwischen Stromstärke und Spannung S. 5

1. a) b)

c) I ~ U, da man im Diagramm eine ansteigende Gerade durch den Koordinatenursprung erkennt. d) Die Temperatur war während der Messung nicht konstant. e) In einem Leiter ist die Stromstärke I der Spannung U proportional unter der Bedingung, dass die Temperatur konstant

ist. Kurz I ~ U.

0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6 8 10 12 14

I in mA

U in V

Strom und Spann

8

6

5

1,8

n V

4

5

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270

U3 in V

8

I4 n

250

150

230

5. (1) U2 =(2) U1 = 6

= 30(4) I1 = 75

usa

5,6

4 VV

mA

U3 n V

2,5

5 ,5

4

500

300

U4

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mA ) in mA

450

500

I2 in


© Persen Verlag 12



2. a)

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14

I in mA

U in V

b) 12,5 mA, 37,5 mA, 60mA c) Die Lampe wurde mit zunehmender Spannung wärmer und der Widerstand dadurch größer, die Stromstärke erhöhte

sich nicht mehr proportional zur Spannung.3. Für das Bauteil 2 gilt das Ohmsche Gesetz, weil I ~ U. In einem Leiter ist die Stromstärke I der Spannung U proportional

unter der Bedingung, dass die Temperatur konstant ist. Kurz I ~ U.

Der elektrische Widerstand S. 7

1. Der elektrische Widerstand eines Leiters gibt an, wie stark der elektrische Strom in ihm behindert wird. Er hat das For-melzeichen R und wird in der Einheit Ω angegeben. Er wird mit der Gleichung R = U

I berechnet.

2. a) I ~ U, da man im Diagramm eine ansteigende Gerade durch den Koordinatenursprung erkennt.

b) R = U

I; R = 60 V

0,03 A; R = 200 Ω und R = 10 V

0,05 A; R = 200 Ω

c)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10 12

I in mA

U in V

d) Die Stromstärke ist beim zweiten Widerstand bei gleicher Spannung stets kleiner, folglich ist der elektrische Wider-stand größer.

Berechnung: R = 10 V

0,025 A; R = 400 Ω

e) Je größer die Spannung, umso größer die Stromstärke. Je größer der Widerstand, umso kleiner die Stromstärke.

3. R = U

I; U = R ·I und I = U

R 450 kΩ = 450 000 Ω; 860 Ω = 0,86 kΩ; 0,02 kΩ = 20 Ω

4. a) R = U

I; R = 230 V

1,5 A; R = 153,3 Ω

b) U = R · I; U = 51 Ω · 0,32 A; U = 16,32 V

c) I = U

R; I = 230 V

68 000 Ω; I = 0,0034 A

5. a) b) IGesamt = ILampe = IWiderstand UGesamt = ULampe + UWiderstand

c) U = R ·I; UWiderstand = 50 Ω · 0,15 A; UWiderstand = 7,5 V UGesamt = ULampe + UWiderstand; ULampe = UGesamt – UWiderstand; U = 12 V – 7,5 V; U = 4,5 V

d) Die Stromstärke im Stromkreis wird kleiner / bleibt gleich / wird größer. Die an der Glühlampe anliegende Spannung wird kleiner / bleibt gleich / wird größer. Am 30 Ohm-Widerstand liegt nun eine niedrigere / gleich große / höhere Spannung als am 50 Ohm-Widerstand an. Die Lampe leuchtet nun dunkler / gleich hell / heller als beim ersten Aufbau.

Je größe

= U

I; U = R

= U

I; R = 230

R

st b

ung: R 10 V

,025 A;

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nd I = U

R

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R = 40

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0

10

20

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0,05 A; R = 200

e starkEr wird

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© Persen Verlag 13



Lernzielkontrolle S. 9

1.

Elektrische Stromstärke

Elektrischer Widerstand

Elektrische Spannung

… gibt an, wie stark der Antrieb des elektrischen Stroms ist.

… gibt an, wie stark der elektrische Strom in einem Leiter

behindert wird.

… gibt an, wie viele Ladungsträger sich in einer bestimmten

Zeit durch den Querschnitt eines Leiters bewegen.

… I in A oder mA

… R in Ω oder kΩ

… U in V oder kV

2. I1 = I2 = I3 = I4 U1 = U2 + U3 + U4

3. U1 in V U2 in V U3 in V U4 in V I1 in mA I2 in mA I3 in mA I4 in mA

12 12 7 5 680 250 430 680

8,5 8,5 3,5 5 800 360 440 800

4. ULampe = 230 V / 40 Lampen; ULampe = 5,75 V5. a)

b) Volllinie

0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6 8 10 12

I in mA

U in A

c) I ~ U, da man im Diagramm eine ansteigende Gerade durch den Koordinatenursprung erkennt. d) Ohmsches Gesetz: In einem Leiter ist die Stromstärke I der Spannung U proportional unter der Bedingung, dass die

Temperatur konstant ist. Kurz I ~ U.

e) R = U

I; R = 9 V

0,16 A; R = 50 Ω; R = 4 V

0,09 A; R = 50 Ω

f) Strichlinie im Diagramm. Die Glühlampe erwärmt sich, so dass der Anstieg der Stromstärke geringer und der elek-trische Widerstand größer wird.

hmschTempera

R = U

I; R =

0,1

richlinie imche

0

man im Diagraes Gesetz: In ein

r konstant ist.V ; R

2

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1

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© Persen Verlag 14

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DOWNLOAD€¦ · In einem anderen Experiment wurden zwei Bauteile untersucht und die Messwerte in...

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