Unterrichts-Einsichten  -  Schuljahr 2007/2008  -  Physik 9e

Elektrizitätslehre


2007-09-17

• Der elektrische Strom kann verschiedene Wirkungen zeigen:
  • Wärmewirkung: ein Draht glüht, wenn genügend starker Strom durch ihn fließt.
    Anwendungen: Kochherd, Bügeleisen, ...
  • Chemische Wirkung: Flüssigkeiten, die den elektrischen Strom leiten, können sich zersetzen.
    Aus verdünnter Schwefelsäure steigen beim Durchgang des Stroms Blasen nach oben, die aus Sauerstoff und Wasserstoff bestehen. Sammelt sich das Gas, kann es mit einem glühenden Holzstab gezündet werden und wird mit einem lauten Knall zu Wasser. Man nennt das Gas deshalb Knallgas.
  • Magnetische Wirkung: eine stromdurchflossene Spule wird magnetisch und ähnelt in ihrer magnetischen Wirkung einem Stabmagneten.
    Anwendung: Elektromagnet auf dem Schrottplatz.

2007-09-19

• Zur Wiederholung:
  Es gibt 2 magnetische Pole, den magnetischen Nordpol und den  magnetischen Südpol.
  Gleiche magnetische Pole stoßen sich ab, verschiedene magnetische Pole ziehen sich an.
• Über einem liegenden Ringmagnet wird ein zweiter Ringmagnet so aufhgehängt, dass die Magnete mit dem gleichen Pol zueinander weisen.
  Der oben befindliche Magnet schwebt dann.
  Die Höhe, in der er über dem liegenden Magnet schwebt, ist abhängig von der magnetischen Kraft und dem Gewicht des Magneten: Im Ruhepunkt sind beide Kräfte gleich groß.
• Ein Elektroskop besteht (im Wesentlichen) aus einem Metallstab und einem Zeiger, der an diesem Stab drehbar aufgehängt ist.
  Werden elektrische Ladungen auf das Elektroskop gebracht, so stoßen sich diese gleichen Ladungen voneinander ab und der Zeiger aschlägt aus.
  Die Stärke des Ausschlages ist ein Maß für die Anzahl der Ladungen.
• Ladungen kann man durch das Reiben eines Glasstabes an einem Fell "erzeugen". Diese Ladungen lassen sich dann von dem Glasstab am Elektroskop abstreifen - der Zeiger des Elektroskops schlägt aus.
  In Wirklichkeit werden die Ladungen nicht erzeugt, sondern sie werden getrennt. Eine Ladungsart sammelt sich auf dem Glasstab, die andere Ladungsart bleibt im Fell.
• Bei der Influenzmaschine (Blitzmaschine) werden die Ladungen getrennt und sammeln sich auf den beiden Metallkugeln.
• Ein erster Vergleich zwischen Magnetismus und Elektrizität:
  

  Magnetismus	Elektrizität
  2 Pole: Nordpol und Südpol	2 Ladungsarten: plus (+) und minus (-)
  gleiche Pole stoßen sich ab	gleiche Ladungen stoßen sich ab
  verschiedene Pole ziehen sich an	verschiedene Ladungen ziehen sich an

2007-09-26

• Ein an einem Fell geriebener Glasstab wurde auf ein leicht drehbares Lager gelegt. Eine geladene Metallkugel wurde darauf in die Nähe des Glasstabes gebracht und zog diesen an.
  Normalerweise würde der Stab nicht angezogen, aber durch das Reiben sind elektrische Ladungen auf dem Stab, die die Anziehung bewirken.
  Es befanden sich offensichtlich entgegengesetzte Ladungen auf dem Stab und der Kugel. (Entgegengesetzte Ladungen ziehen sich an)
• Wurde die "andere Art Ladung" auf die Metallkugel gebracht, wurde der Stab nicht angezogen, aber auch nicht abgestoßen, was eingentlich zu erwarten wäre, weil gleiche Ladungen sich abstoßen. Es waren wohl zu wenig Ladungen vorhanden, um genügend Kraft auszuüben.
• Das Spitzenrad wurde mit einer Ladungsart aufgeladen, worauf es sich drehte. Drehrichtung war weg von der Spitze.
  
  Deutung: Die (gleichen) Ladungen stoßen sich ab und verteilen sich gleichmäßig auf der Oberfläche des Rades. An den Spitzen sitzen die Ladungen aber dichter, da der Durchmesser des Armes kleiner wird. An den Spitzen stoßen sich dann bei großer Zufuhr von Ladungen die Ladungen so stark ab, dass sie das Rad verlassen und durch den Rückstoß das Rad antreiben.
  Einen ähnlichen Effekt gibt es beim Rasenbefeuchter, indem durch ein ähnlich aussehendes Gebilde Wasser strömt. Auch der Rasenbefeuchter dreht sich durch den Rückstoß, in diesem Fall durch den Rückstoß des Wassers.
• Dass wirklich etwas (Ladungen) vom Metall weggeschleudert werden, konnte man an der aufgeladenen Metallspitze sehen, die in der Nähe einer Kerze aufgestellt war. Die abgestoßenen Ladungsträger konnten die Kerzenflamme verkleinern oder sogar auslöschen.
• Letzter Versuch in der Stunde: In einen Metallbecher werden mit einer Metallkugel als "Ladungslöffel" Ladungen gebracht. Als sie dann mit dem Ladungslöffel wieder herausgeholt werden sollten, waren sie nicht mehr da.
  Hausaufgabe: Wo sind die Ladungen geblieben? Die Antwort könnt Ihr mit Hilfe des Gelernten geben.

2007-10-01

• Da sehr viel gleiche Ladungen auf den Metallbecher gebracht werden, stoßen sich diese Ladungen ab und bewegen sich voneinander so weit weg wie möglich.
  In dem Becher findet man also keine Ladungen mehr. Alle Ladungen sitzen auf der Außenfläche des Bechers.
  Man nennt diesen Becher Faraday-Becher, benannt nach dem englischen Physiker Michael Faraday.
  Im Deutschen Museum in München werden Versuche zum Faraday-Käfig vorgeführt. Unbedingt hingehen, wenn Ihr in München seid!
• Elektrische Ladungen erfahren Kräfte von anderen elektrischen Ladungen, entweder werden sie abgestoßen (bei gleichen Ladungen) oder sie werden angezogen (bei verschiedenen Ladungen).
  Wird eine Ladung durch eine positive und eine negative Ladung beeinflusst, so bewegt sie sich auf einer gekrümmten Linie.
  Die Wege, auf denen sich die Ladungen bewegen, werden elektrische Feldlinien genannt.

2007-10-08

• Bei den bisherigen Versuchen wussten wir nur, dass wir es mit zwei verschiedenen Arten von Ladungen zu tun haben, mit "positiven" und mit "negativen" Ladungen.
  Wir konnten aber nicht entscheiden, welche Ladung die positive und welche die negative war.
• Information: Die Materie ist aus Atomen aufgebaut, die aus einem kleinen Kern bestehen, der positiv geladen ist und aus einem großen Bereich darum herum, in dem sich negative Ladungenbefinden.
  Die negativen Ladungsträger heißen Elektronen, die sich aus dem Atom lösen können und dann in einem Kabel frei beweglich sind.
• Bei der Unterscheidung der Ladungsart hilft eine Glimmlampe.
  Die Lampe hat zwei Anschlüssen, die sich nicht berühren. Es können aber (negative) Elektronen aus einem Drahtende austreten und zum anderen Drahtende fliegen. Dabei stoßen sie an Gasteilchen (Neon) und bringen das Gas zum Leuchten (rötlich). Dieses Leuchten entsteht aber nur an dem Draht, aus dem die Elektronen kommen.
• Eine Glimmlampe leuchtet also immer an der Seite, an der die negativen Elektronen ankommen, an der also der Minuspol ist.
  Merkregel: Negative Ladungen an der leuchtenden Seite - Positive Ladungen an der dunklen Seite.

2007-10-10

• Ein Plattenkondensator besteht aus 2 Metallplatten, deren Flächen sich parallel gegenüberstehen.
• Statt zu sagen "auf einer Platte des Plattenkondensators befinden sich negative Ladungen, auf der anderen Platte positive Ladungen" kann man auch sagen "auf der einen Platte befindet sich ein Elektronenüberschuss, auf der anderen Platte ein Elektronenmangel".
• Mit einem zwischen den Platten eines Plattenkondensators aufgehängten Tischtennisball, der mit Alufolie umwickelt ist, kann man sehr schön die Definition (=Festlegung) des Begriffs "Strom" erkennen:
  Strom ist bewegte Ladung
  Sind die Platten unterschiedlich geladen, schwingt der Tischtennisball zwischen den Platten sehr schnell hin und her und transportiert dabei Ladung von einer Platte zur anderen.
  Der Ball lädt sich an einer Platte auf, wird dann von dieser Platte abgestoßen und von der anderen Platte angezogen, fliegt zur anderen Platte und gibt seine Ladung dort ab. Nun beginnt der Vorgang des Aufladens, Transports und Entladens wieder von vorn.
• 
  Eine Röhre mit Glühwendel und flächiger Elektrode wird mit einem Elektroskop verbunden.
  Das Elektroskop wird in zwei Versuchen mit verschiedenen Ladungen aufgeladen.
  Wird die Glühwendel zum Glühen gebracht, so geht im ersten Versuch der Ausschlag des Elektroskops sofort zurück, im zweiten Versuch bleibt der Ausschlag erhalten.
  Hausaufgabe: Welche Art Ladung (+ oder -) befand sich bei den Versuchen auf dem Elektroskop?

2007-10-15

• Lösung der Hausaufgabe :
  • Der Ausschlag des Elektroskops kann nur zurückgehen, wenn die zur Ladung auf dem Elektroskop entgegengesetzte Ladung auf das Elektroskop gebracht wird.
  • Diese Ladung muss etwas mit dem Leuchten der Glühwendel zu tun haben.
  • Das Leuchten wird durch bewegte Elektronen erzeugt.
  • Es müssen Elektronen sein, die die Ladung zum Elektroskop transportieren. 
  • Die transportierte Ladung ist also negativ.
  • Auf dem Elektroskop war also positive Ladung, wenn der Ausschlag zurückgeht.
  • Wenn der Ausschlag nicht zurückgeht, ist auf dem Elektroskop negative Ladung.
• Da die Elektronen nur von der Glühwendel zur Platte fliegen können, kann nur ein Stromfluss in diese eine Richtung stattfinden. Wir haben das an Hand einer Glimmlampe gesehen. Es leuchtete immer nur die Seite der Glimmlampe, die mit der Röhreverbunden war. Auch bei Anlegen einer Wechselspannung leuchtete nur die eine Seite der Glimmlampe.

2007-10-17

• Oszilloskop: Aufbau und Funktionsweise
• Weitere Informationen bei Wikipedia

2007-11-07

• Wiederholung (?) einiger Erkenntnisse aus der Mechanik: 
  • Wirkt entlang eines Weges s eine Kraft F, so verrichtet man bei der Bewältigung dieses Weges Arbeit W. Formel: W = F · s
  • Wird diese Arbeit gespeichert, so dass man mit ihr wieder Arbeit verrichten kann, nennt man die gespeicherte Arbeit Energie W.
  • Wegen ihrer Wichtigkeit in unserem alltäglichen Leben gibt man manchen Energien besondere Namen, z. B.
    • Potentielle Energie oder Lageenergie: W = m · g · h (m = Masse, g = Ortsfaktor, h = Höhe)
    • Kinetische Energie oder Bewegungsenergie: 
•      
  
  Ein Kondensdator wird aufgeladen und dann über eine Glimmlampe entladen.
  1. Versuch: Die Platten des Kondensators stehen eng beieinander. Nach dem Laden wird nichts am Aufbau geändert (linkes Bild). Beim Entladen leuchtet die Glimmlampe schwach.
  2. Versuch: Die Platten stehen beim Aufladen eng beieinander und werden danach auseinandergezogen (rechtes Bild). Dann wird der Kondensator über die Glimmlampe entladen. Die Glimmlampe leuchtet nun stark.
• Erklärung: Beim Auseinanderziehen muss gegen die Anziehungskraft der Ladungen auf den Kondensatorplatten Arbeit verrichtet werden. 
  Diese gespeicherte Arbeit steht den Ladungen als zusätzliche Energie zur Verfügung und bewirkt das hellere Leuchten der Glimmlampe.
  Ein Maß dafür, welche Energie jedem einzelnen Elektron zur Verfügung steht, wird durch die physikalische Größe Spannung beschrieben.
  Spannung ist die Energie, die pro Ladung verfügbar ist. Formel: ( Spannung ist Energie dividiert durch Ladung)
• Die Spannung misst man in der Einheit Volt (abgekürzt V).

2007-11-08

• In einem Stromkreis kann ein Strom fließen, wenn in einer Zuleitung ein Elektronenüberschuss ist und in der anderen Zuleitung ein Elektronenmangel. Die Elektronen werden durch Abstoßungs- und Anziehungskräfte durch den Draht und z. B. durch eine Lampe getrieben und geben ihre Energiedabei z. B. durch Erwärmung des Lampendrahtes ab.
• Die Energie bekommen die Elektronen in einer Energiequelle, z. B. in einer Batterie.
• Wir haben dazu 3 Versuche gemacht:
             
  Mit 1 Batterie leuchtete die Lampe schwach (linkes Bild).
  Mit 2 hintereinander gelegten Batterien leuchtete die Lampe stark (mittleres Bild). Die Elektronen haben nämlich erst in der 1. und dann in der 2. Batterie Energie erhalten, also doppelt so viel wie bei 1 Batterie.
  Bei 2 parallel-geschalteten Batterien leuchtete die Lampe nur so stark wie bei 1 Batterie, weil die Elektronen nur eine der Batterien durchlaufen können (rechtes Bild).

2007-11-15

• Wiederholung des Stoffs der letzten Stunde und Ergänzung dazu:
  •  
    Die Lampe leuchtet nicht, weil die Batterien entgegengesetzt geschaltet sind.
    Die Energie, die die Elektronen durch die eine Batterie erhalten, wird ihnen von der anderen Batterie wieder abgenommen.
  • 
    So darf man Batterien niemals schalten!!!
    Es findet ein Kreisstrom durch die Batterien statt. Die Elektronen erhalten mehr und mehr Energie, bis der Strom so groß ist, dass die Batterien zerstört werden.
    Schon nach kurzer Zeit werden die Batterien wegen des starken Kurzschluss-Stroms sehr heiß, die Flüssigkeit in den Batterien quillt auf und sprengt die Batterien auseinander.
    Es besteht sehr große Verletzungsgefahr!
• Wie schaltet man die Messgeräte in einen Stromkreis?
  
  Das Stromstärkemessgerät muss im Stromkreis liegen, weil der Strom durch das Gerät hindurch muss.
  Das Spannungsmessgerät wird an den beiden Polen der Spannungsquelle angeschlossen, weil hier gemessen werden soll, wie der Ladungsunterschied an den Polen ist.

2007-11-16

• Wir haben die Schaltung der letzten Stunde benutzt und untersucht, wie sich die Stromstärke ändert, wenn man die Spannung unterschiedlich wählt.
  Statt der Lampe haben wir einen etwa 15 cm langen dünnen Draht eingesetzt.
  Noch einmal vielen Dank für Eure sorgfältige Versuchsdurchführung!
• Mit einem Draht aus dem Material "Konstantan" erhielten wir folgende Messwerte:
  
  
  Die Auswertung ergab eine Ursprungsgerade mit der Steigung 0,253:
  
• Mit einem anderen gleich langen Draht, der aus Eisen bestand, ergab sich folgendes Messergebnis:
  
  
  Warum ergibt sich hier keine Gerade?
  Hängt das mit Monas Beobachtung beim Ablesen der Werte zusammen, dass der Zeiger des Messgerätes nicht ganz zur Ruhe kommen wollte?
  Darüber müssen wir in der nächsten Stunde sprechen.

2007-11-21

• Wir haben erkannt, dass die Elektronen beim Durchgang durch den Draht an die Atome stoßen und dabei Energie abgeben.
  Diese Energie versetzt die Atome in stärkere Schwingungen. Dadurch sind die Atome verstärkt in der Lage, weitere Elektronen abzufangen und weitere Energie aufzunehmen.
  Die Elektronen können also nicht mehr so schnell den Draht durchlaufen und da weniger Ladung pro Zeit geringere Stromstärke bedeutet, ist es so, dass bei Erhöhung der Spannung die Stromstärke immer schwächer zunimmt.
• Wird der Draht durch eine Glühlampe ersetzt und wird die Spannung unterschiedlich schnell hoch und herunter geregelt, so ergibt sich folgendes Diagramm:
  
• Bei sehr vorsichtigem Hochregeln der Spannung sieht das Diagramm immer noch so aus:
  
• Aufgabe: Erkläre mit dem oben Gesagten diesen Kurvenverlauf.
• Durch Rechts-Klick und "Ziel speichern unter ..." auf die oben abgebildeten Diagramme könnt Ihr Euch die Cassy-Lab-Dateien herunterladen, um sie auf Euren Rechnern weiter zu bearbeiten.

2007-11-22

• Hier die Cassy-Dateien, die wir heute aufgenommen haben:
  Eisendraht ohne Wasserkühlung
  Eisendraht mit Wasserkühlung  
• Wir haben gesehen, dass das Abknicken der Messkurve mit der Temperatur des Drahtes zusammenhängt:
  Bei höherer Temperatur (die Atome schwingen stark um ihre Ruhelage) werden die Elektronen stärker von den Atomen zurückgehalten, so dass weniger Ladungen pro Zeit durch den Leiter gelangen als wenn die Atome in Ruhe wären.
• Sehr deutlich war diese Abhängigkeit zu sehen, als wir den Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke bei einem Eisendraht einmal außerhalb des Wassersund das andere Mal mit Wasserkühlung untersucht haben (siehe die Messkurven).
• Warum spricht man eigentlich vom "Ohmschen Gesetz", wenn wir doch gesehen haben, dass bei Temperaturänderung nicht mehr U~I gilt?
  In der Physik (und den anderen Naturwissenschaften) gibt es keine "Gesetze", die unter allen Umständen Gültigkeit besitzen und behalten. Man sollte lieber von "Gesetzmäßigkeiten" sprechen.
  Die Physik schreibt nicht vor, wie die Natur sich verhalten soll, sondern sie beschreib das, was die Natur zeigt.
  Physikalische "Gesetze" sind so lange gültig, bis sich in Versuchen herausstellt, dass sie erweitert, abgeändert oder gestrichen werden müssen.
  Phsikalische Gesetze gelten immer nur unter bestimmten Voraussetzungen. Sind diese Voraussetzungen nicht mehr gültig, gilt oft auch das physikalische Gesetz nicht mehr.
  Beispiel: "Lasse ich einen Körper los, den ich vorher mit der Hand gehalten habe, fällt er herunter auf die Erde."
  Diesen Satz könnte man "physikalisches Gesetz" nennen. In vielen Fällen trifft diese Aussage auch zu, aber es gibt auch andere Fälle:
  1. Wenn der Körper eine geringere Dichte als die Luft hat, steigt er nach oben. Unser Gesetz gilt also nur unter der Voraussetzung: "Ist von größerer Dichte als Luft"
  2. Wenn ein sehr starker Luftstrom von unten bläst, kann es sein, dass der Körper nach oben fällt. Unser Gesetz gilt also nur unter der Voraussetzung: "Von unten bläst kein starker Wind"
  3. Wenn über dem Körper ein starker Magnet ist und der Körper ist magnetisierbar, kann er nach oben fallen. Unser Gesetz gilt also nur unter der Voraussetzung: "Über dem magnetisierbaren Körper befindet sich kein Magnet"
  Will man alle diese Fälle mit berücksichtigen, muss man die oben gemachte Aussage stark erweitern. 
• Was ist nun mit dem "Ohmschen Gesetz"?
  Wir müssen einen kleinen Zusatz machen und das Gesetz gilt wieder:
  "Ohmsches Gesetz: Bei einem Draht, dessen Temperatur sich nicht ändert, gilt U~I (Die Spannung ist proportional zur Stromstärke)"

2007-11-28

• In der letzten Stunde haben wir erkannt, dass das Ohmsche Gesetz U~I nur dann gilt, wenn die Temperatur des Drahtes sich nicht ändert.
  Eine Proportionalitätsgleichung kann man als "richtige" Gleichung schreiben, wenn man auf einer Seite einen Faktor (=etwas, was multipliziert wird) einfügt, der die eine Seite so ergänzt, dass sie gleich der anderen Seite der Gleichung ist.
  Beispiel (mit ähnlichen Werten, wie wir sie gemessen haben):
  Wenn U=1V und I=0,25A, dann soll folgende Gleichung gebildet werden: 1V= ... · 0,25A. Für die Pünktchen muss man 5V/A einsetzen, damit die Gleichung stimmt.
  Wenn U=2V und I=0,50A, dann kann man folgende Gleichung bilden: 2V=5V/A·0,50A.
  Wenn U=3V und I=0,75A, dann kann man folgende Gleichung bilden: 3V=5V/A·0,75A.
  Wenn U=4V und I=1,00A, dann kann man folgende Gleichung bilden: 4V=5V/A·1,00A usw.
• Der ergänzte Faktor hat immer etwas Wichtiges über den physikalischen Zusammenhang auszusagen.
  Hier nennt man diesen Faktor Widerstand und bezeichnet ihn meistens mit dem Buchstaben R.
  Für die Einheit V/A (Volt geteilt durch Ampere) schreibt man Ω (letzter Buchstabe des griechischen Alphabets, ein lang gesprochenes O) und bezeichnet die Einheit mit Ohm (nach dem deutschen Physiker Georg Simon Ohm).
  In unserem Beispiel hat der Draht einen Widerstand von R=5Ω.
• Der Widerstand ist ein Maß dafür, wie stark die Elektronen beim Durchgang durch den Draht gehindert werden.
  Bei einem hohen Widerstand haben wir bei gleichbleibender Spannung eine geringere Stromstärke als bei einem kleinen Widerstand.
• Geräte, die einen elektrischen Widerstand erzeugen, nennt man auch Widerstand.
  Wir haben kennengelernt:
  • Schiebewiderstand (die verlinkte Seite ist ein Selbstlernkurs für die 8. Klasse. Es lohnt sich aber bestimmt für Euch, einmal oder mehrmals hineinzuschauen!)
  • Kohleschichtwiderstand (hier findet Ihr auch eine Farbcodetabelle!)
• Da Kohleschichtwiderstände sehr klein sind und automatisch in Massen hergestellt werden, ist es praktisch, den Widerstandswert nicht als Zahl aufzudrucken, sondern einen Farbcode zu verwenden. Wir haben einige Beispiele für den Farbcode durchgespielt. Eine Farbcodetabelle ist unter dem Link zum Kohleschichtwiderstand zu finden.

2007-11-29

• Wiederholung:
  • Mit "Widerstand" bezeichnet man einerseits die Eigenschaft, dass bestimmte Materialien den Fluss der Elektronen in einem Leiter behindern, anderseits Geräte wie Schiebewiderstände oder Schichtwiderstände, die mit ihren Eigenschaften die Stromstärke in einem Stromkreis verringern können.
  • Bei Kohleschichtwiderständen zeigt ein Farbcode den Widerstands-Wert an.
  • Stromstärke-Messgeräte werden so in einem Stromkreis eingebaut, dass der Strom durch sie hindurchgeht. Dabeu spielt es keine Rolle, an welcher Stelle sich das Messgerät befindet.
  • Spannungs-Messgeräte werden so angeschlossen, dass ein Eingang an einem Pol und der andere Eingang am anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen wird. 
• Um zu untersuchen, wie der Einfluss der Dicke eines Drahtes auf den Widerstand des Drahtes ist, haben zwei Mitschüler folgende Messung ausgeführt:
  
  Hausaufgabe: Untersucht, welchen Einfluss die Querschnittsfläche eines Drahtes auf den Widerstand hat.

2007-12-05

• Es bestanden noch Fragen zu der letzten Hausaufgabe: Entsprechend der Formel U=R·I kann man den Widerstand berechnen aus R=U/I.
  Zum nächsten Mal die Auswertung mit Hilfe einer Calc-Tabelle.
• Neue Messreihe zur Untersuchung der Frage, wie der Widerstand eines Drahtes von seiner Länge abhängt.
  Messreihe:
  
  Zur nächsten Stunde bitte auch diese Messreihe auswerten.
• Wichtige Regel beim Untersuchen von Abhängigkeiten:
  Alle nicht betrachteten Eigenschaften des Versuchsaufbaus dürfen nicht abgeändert werden. Nur die zu untersuchenden Größen dürfen variiert werden.
  Wird zum Beispiel untersucht, wie der Widerstand eines Drahtes von seiner Länge abhängt, so müssen das Material und der Querschnitt des Drahtes konstant bleiben.

2007-12-06

• Die Messreihe der letzten Stunden hat ergeben, dass der Widerstand eines Drahtes proportional zu seiner Länge ist, also R~L.
• Bei der grafischen Darstellung der Messwerte der vorletzten Stunde ergibt sich eine Kurve, die nach einer Hyperbel aussieht:
  
  
  Ob es sich tatsächlich um eine Hyperbel handelt, erkennt man, wenn man statt A auf der waagrechten Achse 1/A abträgt:
  
  
  Nun ergibt sich eine Gerade, d. h.  R ~ 1/A
• Zusammengefasst gilt: .

2007-12-12

• Die gefundene Proportionalität aus der letzten Stunde kann man zu einer Gleichung umformen, indem man einen Proportionalitätsfaktor einfügt:
  Diesen Proportionalitätsfaktor ρ nennt man "spezifischer Widerstand". Der Wert ist eine Konstante für ein bestimmtes Material und wird in der Einheit angegeben.
  Für die meisten Materialien ist der spezifische Widerstand aber nur für eine bestimmte Temperatur konstant. Deshalb wird bei der Angabe des Wertes in Tabellen auch die Temperatur mit angegeben (z. B. "bei 20°C").

2007-12-13

• Wir haben an einigen Beispielen gesehen, wie man mit der Formel, die wir in der letzten Stunde kennengelernt haben, physikalische Größen berechnen kann.
• Wie groß ist eigentlich der Widerstand in einem Stromkreis, wenn ich 2 Widerstände hintereinander in den Stromkreis schalte?
  Ihr habt gemessen und herausgefunden, dass sich die einzelnen Widerstände dabei zum Gesamtwiderstand addieren: R₁ + R₂ = R_gesamt

2008-01-07

• Euch allen ein gutes neues Jahr!
  Leider müssen wir schon in der 1. Schulwoche die Klassenarbeit schreiben.
  Wiederholt dazu alles das, was auf dieser Seite steht ab Thema 2: Elektrizitätslehre
• Am Mittwoch haben wir noch eine Stunde, die wir als "Frage-Stunde" nutzen: Die ganze Stunde ist für Eure Fragen reserviert.

2008-01-09

• Wiederholung zur Arbeit

2008-01-10

• Klassenarbeit 1

2008-01-16

• Rückgabe der Klassenarbeit und Besprechung der Zeugnisnoten

2008-01-17

• Zwei Widerstände lassen sich in einen Stromkreis entweder seriell (hintereinander) oder parallel schalten:
  
  Angenommen, man würde den Teil der Schaltung, der die beiden Widerstände enthält, durch einen einzigen Widerstand ersetzen wollen.
  Welchen Widerstands-Wert muss man dann wählen? Kann man diesen Wert aus den Widerstands-Werten der beiden Widerstände errechnen?
  Für den linken Fall (Serienschaltung) war es uns klar und einsichtig: R_gesamt = R₁ + R₂. Das haben wir auch schon im Dezember in einem Versuch gezeigt.
  Für den Fall Parallelschaltung habt Ihr folgende Vorschläge gemacht:
  • Der Gesamtwiderstand ist so groß wie der kleinste der beiden Widerstände
  • Der Gesamtwiderstand ist so groß wie der größte der beiden Widerstände 
  • Der Gesamtwiderstands-Wert ist so groß wie der Mittelwert vom kleinsten und größten Widerstand.
• In einer Vorüberlegung zum Versuch in der nächsten Stunde haben wir dann überlegt, dass der Gesamtwiderstand kleiner sein muss als jeder der beiden Widerstände, weil die Elektronen ja jeden der beiden Widerstände benutzen können.
  Beispiel: Wenn in einem Stadion ein großes und ein kleines Ausgangstor sind, passen durch beide zusammen mehr Personen in der gleichen Zeit als durch ein einzelnes Ausgangstor.
  Für ein genaueres Ergebnis warten wir mal den Ausgang des Versuchs ab.

2008-01-18

• In dieser Stunde haben Jana und Kira den Versuch zur Parallelschaltung von Widerständen durchgeführt.
  Ihre Messwerte (Spannung und Widerstand) haben wir ausgewertet und dabei folgende Werte erhalten:
  1. Widerstand mit der Aufschrift 1 kOhm: 1032 Ω.
  2. Widerstand mit der Aufschrift 2 kOhm: 2062 Ω.
  Gesamtwiderstand beider Widerstände in Parallelschaltung: 714 Ω.
• Wir sehen: Der Gesamtwiderstand ist kleiner als jeder der beiden parallel geschalteten Widerstände.
  Wie die Werte miteinander zusammenhängen, lässt sich nicht so einfach sehen. Dazu werden wir in der nächsten Stunde eine theoretische Herleitung durchführen.

2008-01-23

• Bei der Parallelschaltung gilt, dass die angelegte Spannung U_gesamt und die Spannungen U₁ und U₂ an den Widerständen gleich sind: U = U_gesamt = U₁ = U₂
  Die Stromstärken des Stroms durch die beiden Widerstände addieren sich zur Gesamtstromstärke: I_gesamt = I₁ + I₂
  Wegen U = I · R gilt:
• Damit haben wir Formeln für die beiden Schaltungen:   
  Serienschaltung (links): 
  Parallelschaltung (rechts):  

• Zum Abschluss des Elektrizitätskapitels haben wir verschiedene Rechnungen zu seriell und parallel geschalteten Widerständen durchgeführt.
  In dem Zusammenhang fanden wir es günstig, die Formel für die Parallelschaltung umzuformen:
  
  
• Auch für mehr als 2 seriell oder parallel geschaltete Widerstände gibt es Formeln:
  seriell: 
  parallel: 

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