Aufgaben zum elektrischen Energietransport - Lösungen - Versionsgeschichte

Patrick.Nordmann: /* 8) Reihen- und Parallelschaltung von Lämpchen */

2025-05-07T12:18:29Z

‎8) Reihen- und Parallelschaltung von Lämpchen

Patrick.Nordmann: /* 7) Parallelschaltung von Lämpchen */

2025-05-07T12:18:17Z

‎7) Parallelschaltung von Lämpchen

Patrick.Nordmann: /* 6) Lampe und Wasserkocher an der Steckdose */

2025-05-07T12:17:59Z

‎6) Lampe und Wasserkocher an der Steckdose

Patrick.Nordmann: /* 5) Eine Lichterkette */

2025-05-07T12:17:39Z

‎5) Eine Lichterkette

Patrick.Nordmann: /* 4) Die Leistung einer Lampe */

2025-05-07T12:02:46Z

‎4) Die Leistung einer Lampe

Patrick.Nordmann: /* 4) Die Leistung einer Lampe */

2025-05-07T11:57:16Z

‎4) Die Leistung einer Lampe

Patrick.Nordmann am 7. Mai 2025 um 10:39 Uhr

2025-05-07T10:39:15Z

Patrick.Nordmann: /* 2) Die Stromrechnung */

2025-05-07T10:36:51Z

‎2) Die Stromrechnung

Patrick.Nordmann: /* 0) Erbsen- und Energietransport */

2025-05-07T10:34:53Z

‎0) Erbsen- und Energietransport

Patrick.Nordmann: /* 0) Wasserkreislauf und Erbsentransport als Modell */

2025-05-07T10:34:34Z

‎0) Wasserkreislauf und Erbsentransport als Modell

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 ====8) Reihen- und Parallelschaltung von Lämpchen====
-[[Datei:Aufgaben PUI ein und zwei Lämpchen in Reihe.png|350px|right]]
+[[Datei:Aufgaben PUI ein und zwei Lämpchen in Reihe Lösung.png|350px|right]]
 Eine Lampe wird in Reihe zu zwei parallel geschalteten, identischen Lampen an eine Autobatterie angeschlossen. Mit zwei Voltmetern bestimmt man den Potentialunterschied (Spannung) an der Batterie zu 12V und an der einzelnen Lampe zu 8V. Das Ampèremeter zeigt eine Stromstärke von 250mA an.
 <br>'''a)''' Kennzeichne die Potentialgebiete farbig und schreibe das Potential in Volt dazu. Dabei soll der Minuspol auf 0 Volt liegen.

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 ====7) Parallelschaltung von Lämpchen====
-[[Datei:Aufgaben PUI ein und zwei Lämpchen parallel.png|350px|right]]
+[[Datei:Aufgaben PUI ein und zwei Lämpchen parallel Lösung.png|350px|right]]
 Eine Lampe wird parallel zu zwei in Reihe geschalteten Lampen an eine Autobatterie angeschlossen. Mit einem Voltmeter bestimmt man den Potentialunterschied (Spannung) an der Batterie zu 12V. Die Ampèremeter zeigen eine Stromstärke von 200mA und 100mA an.
 <br>'''a)''' Kennzeichne die Potentialgebiete farbig und schreibe das Potential in Volt dazu. Dabei soll der Minuspol auf 0 Volt liegen. (Kannst du nun erklären, warum durch die einzelne Lampe mehr Strom fließt?)

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 ====6) Lampe und Wasserkocher an der Steckdose====
-[[Datei:Aufgaben PUI Lampe Wasserkocher parallel.png|300px|right]]
+[[Datei:Aufgaben PUI Lampe Wasserkocher parallel Lösung.png|300px|right]]
 [[Datei:Phasenprüfer Spannungsprüfer Steckdose.jpg|200px|right|Mit einem "Phasenprüfer" kann man den Anschluss finden, der auf dem Potential von 230V liegt. Der andere Anschluss ist der Nulleiter, er liegt auf Null Volt.]]
 An eine Mehrfachsteckdose wird eine Lampe und ein Wasserkocher angeschlossen. Die Lampe hat eine Leistung von 10 Watt, der Wasserkocher von 1000 Watt, also ein Kilowatt.

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 ====5) Eine Lichterkette====
-[[Datei:Aufgaben PUI Lichterkette.png|450px|right]]
+[[Datei:Aufgaben PUI Lichterkette Lösung.png|450px|right]]
 Diese Weihnachtsbaumbeleuchtung hat 10 Lampen und wird an die Steckdose angeschlossen. Parallel zur Steckdose ist ein Voltmeter eingebaut, es zeigt eine Spannung von 230V an. In Reihe mit den Lampen ist noch ein Ampèremeter eingebaut, es zeigt eine Stromstärke von 200mA an.
-<br>'''a)''' Kennzeichne die Potentialgebiete farbig und schreibe das Potential in Volt dazu. Dabei soll der Minuspol auf 0 Volt liegen. (Hinweis: An einem Ampèremeter wird fast keine Energie abgegeben, das Potential ändert sich nicht. Durch ein Voltmeter kann fast kein Strom fließen.)
-<br>'''b)''' Gib die Stromstärke an den einzelnen Lampen an.
+'''a)''' Kennzeichne die Potentialgebiete farbig und schreibe das Potential in Volt dazu. Dabei soll der Minuspol auf 0 Volt liegen.
-<br>'''c)''' Berechne die Leistung einer einzelnen Lampe und aller Lampen zusammen.
+:Weil alle Lampen gleich sind, fällt das Potential in 10 gleich großen Schritten von 230V auf 0V ab.
 <br style="clear: both" />

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 :Im gesamten Stromkreis beträgt die Stromstärke 2 Ampère, denn es gibt keine Verzweigung.
-'''c)''' Berechne die Leistung der Batterie und der Lampe, also wieviel Joule pro Sekunde sie umsetzen.
+'''c)''' Berechne die Leistung der Batterie und der Lampe, also wieviel Joule pro Sekunde sie umsetzen. [[Datei:Merkregel Dreisatz PUI.png|thumb|80px]]
 :Durch die Batterie und die Lampe fließt der gleiche Strom und auch die Potentialdifferenz ist bei beiden 12 Volt. Also haben auch beide die gleiche Leistung:
 :<math>
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 :Der Unterschied zwischen beiden ist, dass die Batterie 24 Joule pro Sekunde liefert, während die Lampe 24 Joule pro Sekunde erhält.
 '''d)''' Man läßt die Lampe eine Stunde lang brennen. Berechne wieviel Coulomb Ladung durch die Lampe geflossen ist und wieviel Joule Energie an die Lampe abgegeben wurde.
 :Die Stromstärke gibt an wieviel Coulomb Ladung in einer Sekunde fließen, in einer Stunde fließen 3600 mal mehr:
 :<math>
@@ Zeile 326: / Zeile 327: @@
    &= 7200\,\rm C
 \end{align}</math>
 :Die Leistung gibt den Energiebedarf pro Sekunde an, in einer Stunde benötigt die Lampe 3600 mal mehr:
 :<math>

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 ====4) Die Leistung einer Lampe====
-[[Datei:Aufgaben PUI einfacher Stromkreis.png|300px|right]]
+[[Datei:Aufgaben PUI einfacher Stromkreis Lösung.png|300px|right]]
 Eine Lampe wird an eine Autobatterie angeschlossen. Mit einem Voltmeter bestimmt man den Potentialunterschied (Spannung) an der Batterie zu 12V. Das Ampèremeter zeigt eine Stromstärke von 2A an.
-<br>'''a)''' Kennzeichne die Potentialgebiete farbig und schreibe das Potential in Volt dazu. Dabei soll der Minuspol auf 0 Volt liegen. (Hinweis: An einem Ampèremeter wird fast keine Energie abgegeben, das Potential ändert sich nicht. Durch ein Voltmeter kann fast kein Strom fließen.)
-<br>'''b)''' Gib die Stromstärke durch die Batterie und durch die Lampe an.
+'''a)''' Kennzeichne die Potentialgebiete farbig und schreibe das Potential in Volt dazu. Dabei soll der Minuspol auf 0 Volt liegen.
-<br>'''c)''' Berechne die Leistung der Batterie und der Lampe, also wieviel Joule pro Sekunde sie umsetzen.
+:An der Batterie steigt das Potential von =Volt auf 12Volt an, denn die Batterie liefert Energie. An der Lampe fällt das Potential von 12V auf 0V zurück, sie entnimmt dem Stromkreis Energie.
-<br>'''d)''' Man läßt die Lampe eine Stunde lang brennen. Berechne wieviel Coulomb Ladung durch die Lampe geflossen ist und wieviel Joule Energie an die Lampe abgegeben wurde.
 <br style="clear: both" />

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 |}
-====3) Lampen im Auto und zu Hause====
+====10) Lampen im Auto und zu Hause====
 [[Datei:Merkregel_Dreisatz_PUI.png|thumb|75px|Merkregel für das Energie- beladungsmaß]]
 Neuere LED-Lampen haben zu Hause und in Automobilen Einzug gehalten. Ein 12-Watt-LED-Autoscheinwerfer ist genauso hell wie eine 12-Watt-LED-Lampe zu Hause. Die Elektrik im Auto wird mit einer Spannung von 12 Volt angetrieben, zu Hause beträgt die Netzspannung 230 Volt.
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 Die Stromstärke ist im Auto viel größer, weil dort ein Coulomb Ladung nur 12 Joule Energie transportiert im Vergleich zu 230 Joule pro Coulomb "aus der Steckdose".
-====4) Sicherungen====
+====11) Sicherungen====
 [[Datei:Sicherungskasten.jpg|thumb|120px|Sicherungskasten einer Wohnung]]
 In Wohnungen ist jeder Raum über eine Sicherung an das Stromnetz angeschlossen. Die maximale Stromstärke beträgt häufig 16 Ampère.
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 Für eine so große Stromstärke sind dicke und kurze Kabel mit einem kleinen Widerstand nötig, damit sie nicht warm werden. Deshalb ist es aufwendig noch eine Sicherung einzubauen!
-====5) Batterien und Akkus als Energiespeicher====
+====12) Batterien und Akkus als Energiespeicher====
 [[Datei:Auto-Starterbatterie.jpg|thumb|Ein Bleiakkumulator für's Auto ("Auto-Batterie")]]
 [[Datei:Handyakku_schräg.jpg|thumb|Ein Lithium-Ionen-Akku für's Handy.]]
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 :In dem Laptopakku sind ca. 280 KiloJoule Energie, man braucht daher ungefähr 107 Akkus um die 30000 KiloJoule eines Liters Benzin zusammenzubekommen. Und somit fast 5400 Akkus um den vollen Tank zu ersetzen. Das ist leider eine ganze Menge! So viele Akkus sind teuer und schwer und das ist der Hauptgrund, warum es noch so wenige Elektroautos gibt. Deshalb wird intensiv an der Technik von Akkus geforscht und entwickelt.
-====6) Teure und billige Energie====
+====13) Teure und billige Energie====
 Energie kann man mit ganz verschiedenen Energieträgern kaufen. Die Heizung zum Beispiel kann man mit Heizöl, Gas, Holz-Pellets, elektrisch oder mit Fernwärme betreiben. Das Auto bekommt die Energie mit Benzin und eine Taschenlampe mit einer Batterie. Mit welchem Energieträger ist die Energie denn am billigsten?
 {|class="wikitable" style="text-align: center"

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 ::<math>120\,\rm P\!\!\!\! / \cdot 4\,\rm \frac{E}{P\!\!\!\! /} = 480\,\rm E</math>
-====2) Die Stromrechnung====
+====4) Die Leistung einer Lampe====
 [[Datei:Stromrechnung_Ausschnitt.jpg|thumb|Ausschnitt einer Stromrechnung.]]
 Das Elektrizitätswerk liefert Energie mit dem elektrischen Strom nach Hause. Dafür läßt sich der Betreiber natürlich bezahlen.

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 |}
-====0) Erbsen- und Energietransport====
+====3) Erbsen- und Energietransport====
 Der "[[Elektrischer_Energietransport:_Beladungsmaß_und_Leistung#Versuch:_Kichererbsentransport|Erbsentransport]]" ist ein Modell für den Transport von Energie durch den elektrischen Stromkreis. In jeder Zeile steht das Ergebnis einer Messung.
 <br>Ergänze die fehlenden Werte.

@@ Zeile 25: / Zeile 25: @@
 Ein Mensch hat ungefähr den gleichen Energiebedarf wie ein Computer. <br>Ein Auto braucht in etwa genauso viel Energie wie tausend Menschen!
-====0) Wasserkreislauf und Erbsentransport als Modell====
+====2) Wasserkreislauf und Erbsentransport als Modell====
 Ergänze in der Tabelle die fehlenden Vergleiche.