Unterrichts-Einsichten  -  Schuljahr 2007/2008  -  Physik 8f

Elektrizitätslehre

2007-12-05

• Wiederholung: Stromkreis
• In einer Knallgaszelle befindet sich verdünnte Schwefelsäure. Fließt Strom durch die Flüssigkeit, bilden sich Gasblasen, die nach oben steigen.
  Einzelne Gasatome nehmen an den Elektroden Elektronen auf oder geben sie ab. Mit Hilfe der entstehenden Gasmenge kann man berechnen, wie viel Elektronen in einer bestimmten Zeit in den Zuleitungen des Stromkreises geflossen sind. Daraus kann man auf die Stromstärke schließen.
  Mehr dazu in der nächsten Stunde.

2007-12-11

• Besprechung und Rückgabe der Klassenarbeit

2007-12-12

• Die Größe "Stromstärke" I ist festgelegt als das Ergebnis von "Ladung Q dividiert durch Zeit t" oder auch "Ladung pro Zeit" gesprochen:I=Q/t.
  Die Anzahl der Ladungen, die in einer bestimmten Zeit in einem Stromkreis geflossen sind, kann man mit Hilfe der entstandenen Gasmenge in einer Knallgaszelle bestimmen.
  Als Einheiten sind festgelegt worden für die Ladung Q das Coulomb (C) und für die Stromstärke I das Ampere (A). 
• Strom kann  auf vielfache Art Wirkung entfalten. Wir haben kennengelernt:
  • Wärmewirkung (Bügeleisen, Heizofen, Licht (glühender Draht), Wärmekissen usw.)
  • chemische Wirkung (z.B. Knallgaszelle)
  • magnetische Wirkung (Elektromagnet, Magnetfeld einer Spule)

2007-12-18

• Es gibt zwei Arten elektrischer Ladung, positive (+) und negative (-) Ladung.
• Im Versuch mit den geriebenen Glas- und Kunststoffstäben haben wir erkannt:
  • Ein Glasstab wird an einem Fell gerieben und dann drehbar gelagert. Wird ein anderer geriebener Glasstab genähert, weicht der drehbare Glasstab aus.
    Die Stäbe stoßen sich ab, weil sich gleiche Ladungen abstoßen.
  • Ein Glasstab wird an einem Fell gerieben und dann drehbar gelagert. Wird ein Kunststoffstab gerieben und dem Glasstab genähert, dreht sich der Glasstab zum Kunststoffstab hin.
    Die Stäbe ziehen sich an, weil sich verschiedene Ladungen anziehen.
• Auch beim Elektroskop (drehbarer Stab an festem Stab) haben wir sehen können, dass der drehbare Stab ausschlägt, wenn Ladung auf das Elektroskop gebracht wird. Es spielt dabei keine Rolle, ob die Ladung positiv oder negativ ist.
• 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.
• Mit der Glimmlampe kann man überprüfen, ob positive oder negative Ladung vorhanden ist: Die Seite der Glimmlampe, die aufleuchtet, ist mit dem Pol verbunden, der dei negativen Ladungen trägt.

2008-01-08

• Wiederholung des Stoffs der letzten Stunden.
• Elektrische Spannung besteht dann zwischen 2 Stellen, wenn an der einen Stelle ein Überschuss an negativen Ladungen und an der anderen Stelle ein Überschuss an positiven Ladungen besteht.

2008-01-09

• In einen Metallbecher werden Ladungen gebracht. Man kann danach aber keine Ladungen aus dem Becher herausholen. Woher kommt das, und wo sind die Ladungen geblieben?
• Lösung:
  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!
• 
  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 bleibt im ersten Versuch der Ausschlag des Elektroskops erhalten, im zweiten Versuch ging der Ausschlag sofort zurück..
  Welche Art Ladung (+ oder -) befand sich bei den Versuchen auf dem Elektroskop?
• Lösung:
  Aus dem glühenden Draht werden Elektronen (negativ geladen) ausgesendet.
  Diese Elektronen bewegen sich zur gegenüberliegenden Platte.
  Nun gibt es 2 Fälle:
  • 1. Fall:
    Das Elektroskop ist negativ geladen.
    Die negativen Ladungen des Elektroskopes und der damit verbundenen Platte stoßen die ankommenden Elektronen ab, so dass sie nicht auf die Platte kommen können. Die Ladung auf der Platte und auf dem Elektroskop bleibt gleich.
    Das Ergebnis ist so, wie es im 1. Versuch beobachtet wurde. Beim 1. Versuch befand sich also ein Überschuss an negativen Ladungen auf dem Elektroskop.
  • 2. Fall:
    Das Elektroskop ist positiv geladen.
    Die positiven Ladungen des Elektroskopes und der damit verbundenen Platte ziehen die ankommenden Elektronen an, so dass sie auf die Platte kommen können. Die Ladung auf der Platte und auf dem Elektroskop neutralisiert sich durch die dazukommenden negativen Elektronen. Deshalb geht der Ausschlag zurück.
    Das Ergebnis ist so, wie es im 2. Versuch beobachtet wurde. Beim 2. Versuch befand sich also ein Überschuss an positiven Ladungen auf dem Elektroskop.

2008-01-10

• Bei der Unterscheidung der Ladungsart (+ oder -) 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.
• 
  Werden wie in der Skizze eine Röhre und eine Glimmlampe in einen Stromkreis eingefügt, so leuchtet die Glimmlampe nur an der Seite, die zu der Platte der Röhre zeigt.
  Begründung: Die Elektronen aus dem Glühdraht wandern zur Platte und von dort durch die Glimmlampe. Sie kommen also aus dem oberen Draht in die Glimmlampe.
  Die Glimmlampe leuchtet nur, wenn am oberen Pol der Pluspol ist. Dann werden die Elektronen nämlich von diesem Pol angezogen.
• Schließt man eine Glimmlampe an Wechselstrom an, so leuchtet das Gas an beiden Drähten der Glimmlampe (aber immer abwechselnd).
• Wenn in der oben gezeigten Schaltung eine Wechselspannung am Anschluss rechts unten anliegt, leuchtet nur der obere Draht, nämlich immer dann, wenn oben gerade der Pluspol anliegt.

2008-01-16

• 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.

2008-01-22

• Mit einem Oszilloskop kann man Spannungen (Verhältnis unterschiedlicher Ladungen) graphisch darstellen.
  In einer Elektronenröhre wird dabei ein Elektronenstrahl durch seitlich angebrachte Metallbleche, die unterschiedlich aufgeladen werden können, in beliebige Richtungen abgelenkt.
  
• Weitere Informationen zum Aufbau und zur Funktionsweise eines Oszilloskops bei Wikipedia.

2008-01-23

• Anfang Dezember 2007 war beim Versuch mit der Knallgaszelle die Frage aufgetaucht, warum die Flüssigkeit nicht aus dem geschlossenen Rohr der Knallgaszelle herausläuft.
  Dazu haben wir heute einen Film angeschaut, der uns folgendes gezeigt hat:
  Der äußere Luftdruck presst das Wasser in die Röhre hinein, so dass oben kein Vakuum (=luftleerer freier Raum) über der Wassersäule entstehen kann.
  Wird die Röhre zu lang, so reicht der Luftdruck nicht mehr aus, um die Wassersäule weit genug anzuheben. Oben bleibt dann ein freier Raum.
  Anwendung: Mit einem Strohhalm kann man nur trinken, wenn dieser nicht zu lang ist. Man saugt nämlich nicht die Flüssigkeit ein, sondern vermindert den Luftdruck über der Flüssigkeitssäule. Der äußere Luftdruck presst dann die Flüssigkeit durch den Strohhalm in unseren Mund. Unter Normalbedingungen (norddeutsche Tiefebene, Flüssigkeit ist Wasser) darf der senkrecht stehende Strohhalm nicht länger als etwa 10m sein.