Anke Ganzer
Physik kompetenz-orientiert:Elektrizitätslehre 37. / 8. Klasse
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aus dem Originaltitel:
7./8. Klasse
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Physik II – kompetenzorientierte
AufgabenOptik, Mechanik, Wärmelehre,
Energie, Elektrizitätslehre
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Heide und Rüdiger Hildebrandt: Sekunden, Minuten und Stunden umrechnen
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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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n. Numm
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2Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Elektrizitätslehre 3© Persen Verlag
Elektrizitätslehre II
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
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Elektrizitätslehre II
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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Die FlaD
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Flachbatteriühlam
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Elektrizitätslehre II
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
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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
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Elektrizitätslehre II
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
Stromstärke in mA 0 25 50 70 90 95 100
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
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Elektrizitätslehre II
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
wiedeDiagr
en
en elektrischen Wide
8 10
U in V
b) Be chne für zw
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10
0
30
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Elektrizitätslehre II
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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Berech
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mA.
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kΩ. Wie g
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Elektrizitätslehre II
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
tärke und=, soda
r kΩ
der kV
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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
Stromstärke in mA 0 40 80 120 160 200 240
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.
Elektrizitätslehre II
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
räger im elesmesser/Vo
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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mA
450
350
In Par
in mA
600
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I2 in m
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12Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Elektrizitätslehre 3© Persen Verlag
Lösungen/Physik – Elektrizitätslehre II
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
50
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
6
mA ) in mA
450
500
I2 in
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13Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Elektrizitätslehre 3© Persen Verlag
Lösungen/Physik – Elektrizitätslehre II
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;
die Spannung,
nd I = U
R
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R = 40
8
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0
10
20
30
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0,05 A; R = 200
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trom in ih
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14Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Elektrizitätslehre 3© Persen Verlag
Lösungen/Physik – Elektrizitätslehre II
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
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Illustrationen: Glühbirne (S. 6): Charlotte Wagner; Person (S. 8): Georg WieborgSatz: Satzpunkt Ursula Ewert GmbH, Bayreuth
Bestellnr.: 23111DA10
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