Unterrichtseinsichten - Schuljahr 2013/2014 - Physik 7e

E-Lehre I

• Was ist Strom?
  Auf diese Frage wusstet ihr viele Antworten, die zum Teil schon viel Richtiges enthielten.
  Manche Vorstellungen waren aber auch falsch.
  Um uns an die tatsächlichen Vorgänge beim Stromfluss heranzutasten, haben wir uns den Aufbau eines elektrischen Leiters (z. B. Kupferdraht) angesehen.
  Ein Metalldraht besteht aus einer sehr regelmäßigen Anordnung von kleinsten Teilchen, den Atomen.
• Über den Aufbau eines Atoms haben wir gelernt: 
• Elektronen, punktförmig, negativ geladen, in viel leerem Raum um den Atomkern herum
• Atomkern ganz klein in der Mitte des Atoms.
• Das ganze Atom hat einen etwa 10000-fach größeren Durchmesser als der Atomkern.
• Das Atom ist nach außen hin nicht fest begrenzt wie eine Kugel.
  Die Elektronen halten den Raum und den Atomern herum frei, wie es etwa Personenschützer bei einer wichtigen Person machen.
• Was bewegt sich im Leiter, wenn Strom fließt?
  Es sind nicht die Atome oder Moleküle (←mehrere verbundene Atome), weil sonst der ganze Draht "wegfließen" würde, sondern es sind Elektronen, die sich von den Atomen gelöst haben.
• Strom ist nicht "rot" oder "grün", Strom ist auch nicht magnetisch.
  Wenn Strom in einem Draht fließt, dann bewegen sich die Elektronen.
• Man kann sagen, dass Strom sehr schnell ist. Wenn man einen Lichtschalter schließt, dann pflanzt sich die Wirkung des elektrischen Stroms im Draht mit ungefähr 100 000 km/s fort.
  Die Elektronen sind aber sehr langsam. Sie bewegen sich mit einigen Millimetern pro Sekunde.
  Dass sich die Wirkung so schnell ausbreitet, liegt daran, dass beim "Hineinfüllen" von Elektronen in einen Draht die Elektronen im Draht sich gegenseitig weiterschieben. Wie bei einer fallenden Dominostein-Kette breitet sich das Fallen schneller aus als die einzelnen Dominosteine selbst.

2013-08-20

• Der eigenartige Aufbau von Atomen (große Leere, unterschiedliche Masseverteilung) hat Euch sehr beeindruckt.
  Wir haben deshalb einmal mit diesem Programm eine spannende Reise durch die Dimensionen unternommen.
• Ob es so etwas klarer geworden ist, dass sich beim elektrischen Strom nur die Elektronen und nicht die ganzen Atome bewegen?

2013-08-27

• Ein Kunststoffkamm, der mehrfach schnell durch (trockene und gewaschene) Haare gezogen wird, lenkt einen dünnen Wasserstrahl zusich ab.
  
  Wie kann das sein? Ihr habt aus bekannten Versuchen (Luftballon amPullover reiben usw.) schnell herausgefunden, dass es sich um Elektrizität handeln muss, die für die Ablenkung desWasserstrahls zuständig ist.
• Zur genaueren Untersuchung haben wir erst folgende Versuche durchgeführt:
  Werden Glasstäbe und Kunststoffstäbe mit einem Fell gerieben, so wirken sie aufeinander:
  
  Der drehbar aufgehängte Glasstab und ein in der Hand gehaltener geriebener Kunststoffstab ziehen sich an.
  Der drehbar aufgehängte Kunststoffstab und ein in der Hand gehaltener geriebener Kunststoffstab stoßen sich ab.
  Es handelt sich hier um elektrische Vorgänge.
  Es muss (mindestens) 2 verschiedene elektrische Ladungen geben, da sich einmal die Ladungen anziehen und einmal abstoßen.
  Man nennt diese Ladungen "positive Ladung" und "negative Ladung". Das hat aber nichts mit richtig und falsch zu tun, sondern es sind einfachbedeutungslose Namen.
  Gleiche (oder "gleichnamige") Ladungen stoßen sich ab, verschiedene (oder "ungleichnamige") Ladungen ziehen sich an.
• Bei einem zweiten Versuch mit dem Wasserstrahl sahen wir, dass Glas- und Kunststoffstab das Wasser anziehen, also positiv und negativgeladene Gegenstände ziehen das Wasser an. Warum?
  Information (etwas vereinfacht):
  Ein Wasserteilchen besteht aus 2 kleinen Wasserstoffteilchen (H) undeinem größeren Sauerstoffteilchen (O). Die Wasserstoffteilchen zeigen eine postive Ladung und dasSauerstoffteilchen eine negative Ladung im Wasserteilchen. Nun sitzen die Wasserstoffteilchen nicht symmetrisch am Sauerstoffteilchen,sondern sie sind etwas "benachbart":
  
  Dadurch wirkt das Wasserteilchen etwas länglich und besitzt an beiden Enden unterschiedliche Ladung.
  Wird nun ein (z. B.) negativ geladener Stab dem Wasserteilchengenähert, so wird das Ende des Wasserteilchens mit der positiven Ladung zum Stab gezogen und das Ende mit der negativen Ladung vom Stababgestoßen. Dadurch dreht sich das Teilchen.
  
  Da die positive Ladung des Wasserteilchens näher am Stab ist alsdie negative Ladung, ist die Anziehungskraft zwischen den verschiedenen Ladungen größer als die Abstoßungskraft zwischen dengleichen Ladungen. Deshalb wird das Wasserteilchen zum Stab gezogen.
• Elektroskop
  
  Ein Draht führt von außen in ein isoliertes Gefäß.
  Innen befindet sich am Draht ein beweglicher Draht.
  Wird der Draht aufgeladen (z. B. durch einen Kamm, mit dem man sichvorher gekämmt hat), so entfernen sich die Metallteile im Gefäß voneinander, weil sich gleiche Ladungen abstoßen.
  Der Winkel zwischen den beweglichen Teilen ist ein Maßstab für die Menge der Ladung.

2013-09-03

• Zur Klärung einiger Begriffe:
• Moleküle bestehen aus Atomen
• Atome bestehen aus Atomkernen und Elektronen
• Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen
• Elektrischer Strom ist bewegte Ladung.
  Wir haben das beim Versuch mit dem hin- und herschwingenden Tischtennisball im Plattenkondensator gesehen.
  Der Ball transportierte Ladungen zwischen den Platten, während er immer von einer Platte angezogen und von der anderen Platte abgestoßen wurde.
   
• Die Polarität (+ oder -) kann man mit einer Glimmlampe ermitteln:
   
  Die linke Seite, die mit dem Minuspol verbunden ist, leuchtet rötlich.
  Dabei glüht aber nicht der Draht, sondern das Gas in der Umgebung des Drahtes wird durch austretende Elektronen zum Leuchten angeregt.

2013-09-17

• Nachtrag zur Glimmlampe:
  Die beiden Seiten der Glimmlampe sind identisch.
  Es leuchtet die Seite, die mit dem Minuspol verbunden ist.
  Bei Wechselstrom scheinen beide Seiten gleichzeitig zu leuchten.
  In Wirklichkeit leuchten sie aber abwechselnd, was man gut erkennt, wenn man die Glimmlampe schnell bewegt.
• Versuch zu den Kräften (Abstoßung - Anziehung) bei elektrischen Ladungen:
  
  Die vier äußeren Glocken sind gleich geladen, die mittlere Glocke mit der entgegengesetzen Ladung.
  Die kleinen aufgehängten Metallkugeln pendeln zwischen den Glockenschalen hin und her und erzeugen ein helles Klingeln.
• Faraday-Becher
  
  Bringt man Ladungen in den Faraday-Becher hinein, kann man sie von drinnen nicht wieder herausholen.
  Die Innenseite des Bechers trägt dann keine freien Ladungen.
  Außen allerdings sitzen die Ladungen und man kann sie von dort auch zur Registrierung auf ein Elektroskop bringen.
  Grund für die Verteilung der Ladungen ist, dass sich die gleichen Ladungen abstoßen und sich so weit wie möglich voneinander entfernt anordnen, also außen am Becher.
  Ein abgeschlossener metallischer Raum heißt Faraday-Käfig. Innen sind keine freien Ladungen. Man ist also in einem Faraday-Käfig (z. B. einem Auto) im Inneren vor Blitzschlag geschützt.

2013-09-24

• Wiederholung zum Thema Ladungen
• Mit Grießkörnern in Rizinusöl kann man gut elektrische Feldlinien betrachten.
     
  Die Feldlinien zeigen durch ihre Lage, in welche Richtung einzelne Ladungen durch Anziehung oder Abstoßung bewegt werden.
  Die Körner haben einen Plus- und einen Minuspol und ordnen sich deshalb auf Grund elektrischer Anziehung und Abstoßung in Reihen an.
• In Filmen haben wir Eigenschaften von Blitzen gesehen.
  Besonders eindrucksvoll der Versuch zum Faraday-Käfig vom Deutschen Museum.

2013-10-01

• Als Ladungsmessgerät haben wir das Elektroskop kennengelernt.
  
  Genauere Messungen zur Menge der Elektrizität (Spannungsmessung) kann man mit einem Oszilloskop durchführen.
  Elektronen werden dabei in einer Glasröhre beschleunigt undfliegen dann geradlinig auf einen Bildschirm, auf dem sie ihre Energie abgeben und dadurch einen Punkt auf einem Leuchtschirm zeichnen.
  Zwei Metallplattenpaare sind neben der Röhre und oberhalb bzw. unterhalb der Röhre angebracht.Werden diese Metallplatten elektrisch geladen, so wird der Elektronenstrahl abgelenkt und der Punkt erscheint an anderer Stelleauf dem Leuchtschirm.
• Ausprobieren kann man ein echtes Oszilloskop an der Universität Kaiserslautern über das Internet.
• Besser funktioniert dagegen die Simulation eines Oszilloskops.
• Sehr gut auch diese Erläuterung und Simulation bei Leifi.

2013-10-24

• Wärmewirkung des elektrischen Stroms
• Ein von elektrischem Strom durchflossener Draht wird umso wärmer, je größer die Stromstärke ist.
• Ein stark erhitzter Draht glüht. Bei steigender Stromstärke leuchtet er erst schwach dunkelrot, dann hellrot,schließlich weißlich-rot.
• Mit einem heißen, glühenden Draht kann man sehr exakt Papier undStyropor schneiden (Vorsicht: Giftige Dämpfe und Entzündungsgefahr!)
• Je heißer ein Draht ist, desto länger ist er. Die Verlängerung kann man am Durchhängen des Drahtes erkennen.
  Anwendung dazu: ein Messgerät, das über die Verlängerung eines Drahtes die Stromstärke misst.
  
• Magnetische Wirkung des elektrischen Stroms
  Beim Oerstedt-Versuch haben wir gesehen: Ein stromdurchflossener Leiter erzeugt ein Magnetfeld.
  Die Feldlinien laufen kreisförmig um den Leiter herum:
  
  Die Richtung können wir mit der Linke-Hand-Regel (oder Korkenzieher-Regel) feststellen:
  Der Daumen der linken Hand zeigt in die Richtung, in die sich die Elektronen bewegen.
  Die anderen Finger der linken Hand zeigen dann in Richtung derFeldlinien, d. h. in die Richtung, in die sich ein freier magnetischer Nordpol bewegen würde.

2013-10-31

• Nachtrag zur magnetischen Wirkung des elektrischen Stroms:
• Durch Aufwickeln des elektrischen Leiters (Spule) wird die magnetische Wirkung verstärkt.
• Befindet sich in der Spule ein Eisenkern, ist die magnetische Wirkung noch stärker.
• Chemische Wirkung
• Knallgaszelle
  
  In einer Glasröhre befindet sich verdünnte Schwefelsäure (5%).
  Zwischen 2 Elektroden, die sich nicht berühren, fließt ein Gleichstrom.
  Das Wasser wird dadurch zersetzt in Wasserstoff und Sauerstoff. Diese beiden Gase steigen als Bläschen in der Röhre auf und sammeln sich imoberen Bereich.
  Leitet man dieses Gas in eine Flamme, so wird es mit einem Knall wieder zu Wasser.

2013-11-07

• Reihenschaltung
  Die Stromstärke ist überall im Stromkreis gleich groß.
• Parallelschaltung
   
  Im mehreren Versuchen haben wir gesehen, dass die Summe der Stromstärken in den verzwigten Teilen gleich groß ist wie die Gesamtstromstärke.
  Im abgebildeten Versuch beträgt die Stromstärke in der oberen Verzweigung 40mA und in der unteren Verzweigung 20mA.
  Die Gesamtstromstärke wird mit 60mA angezeigt.
• Wiederholung zur Klassenarbeit

2013-11-14

• Klassenarbeit 1  [ Aufgaben | Lösungen ]