*: Unterschied zwischen den Versionen

Aus Schulphysikwiki
Wechseln zu: Navigation, Suche
(141 dazwischenliegende Versionen des gleichen Benutzers werden nicht angezeigt)
Zeile 1: Zeile 1:
 
__NOTOC__
 
__NOTOC__
==Leere Seite==
 
 
{|
 
{|
|height="950px"|
+
|height="800px"|
 
|}
 
|}
 +
==Elektrischer Energietransport: Beladungsmaß und Leistung==
 +
====Versuch: Eine helle Lampe====
 +
;Aufbau
 +
[[Datei:Stromkreis_Versuch_zwei_Lampen_Potential_als_Energiebeladungsmaß.jpg|thumb|Die linke Lampe ist an ein Netzgerät angeschlossen, die rechte über einen Schalter an die Steckdose.]]
 +
Eine 60W-Glühbirne ist an der Steckdose angeschlossen, die andere (12V/250mA) wird mit einem Netzgerät betrieben. Bei beiden Lampen wird die Stromstärke gemessen.
 +
;Beobachtung
 +
Durch beide Lampen fließt der gleiche Strom mit einer Stärke von ca. 0,25 Ampère, aber die an der Steckdose angeschlossene Lampe ist viel heller!
  
__NOTOC__
+
;Folgerung
 +
Offensichtlich ist "der Strom aus der Steckdose" anders als "der Strom aus dem Netzgerät". Der "Steckdosenstrom" transportiert mehr Energie!
  
==Aufgaben zum elektrischen Energietransport - Leistung==
+
====Versuch: Kichererbsentransport====
====0) Erbsen- und Energietransport====
+
;Aufbau
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.  
+
[[Datei:Energiestromstärke Leistung Versuch Erbsenstromstärke.png|400px|left]]
 +
In einer Kiste auf einer Seite des Raumes befinden sich Erbsen. (Man kann auch Streichhölzer nehmen.) Die Erbsen sollen in eine noch leere Kiste auf der anderen Seite transportiert werden. Aber jede Person darf nur zwei Erbsen nehmen!
  
Ergänze die fehlenden Werte.
+
Wir arbeiten zusammen und schauen, wie schnell wir die Erbsen transportieren können.
 +
<br style="clear: both" />
  
 +
;Messwerte und Auswertung
 +
In diese leere Tabelle schreiben wir unsere Ergebnisse:
 
{|class="wikitable" style="text-align: center"
 
{|class="wikitable" style="text-align: center"
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
Zeile 28: Zeile 39:
 
|-
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>3\,\rm \frac{E}{P}</math>
+
<math>2\,\rm \frac{E}{P}</math>
 +
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>10\,\rm s</math>
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>5\,\rm P</math>
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
 
 
|-
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>6\,\rm \frac{E}{P}</math>
+
.
 +
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>20\,\rm s</math>
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>0{,5}\,\rm \frac{P}{s}</math>
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
 
 
|-
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
+
.
 +
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>60\,\rm s</math>
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>2\,\rm \frac{P}{s}</math>
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
<math>8\,\rm \frac{E}{s}</math>
 
|}
 
 
Bei einem [[Elektrischer_Energietransport:_Beladungsmaß_und_Leistung#Das_Potential_als_Energiebeladungsmaß_und_die_elektrische_Leistung|elektrischen Stromkreis]] hat man den Energietransport untersucht, indem die Stromstärke, die Energiestromstärke (Leistung) oder die Spannung (der Potentialunterschied) gemessen wurde. In jeder Zeile steht das Ergebnis einer Messung.
 
 
Ergänze die fehlenden Werte.
 
 
{|class="wikitable" style="text-align: center"
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Energie-<br>beladung<br>(Spannung)
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Zeit-<br>spanne
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Ladungs-<br>menge
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Energie-<br>menge
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
elektrische-<br>Stromstärke
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Energie-<br>stromstärke<br>(Leistung)
 
 
|-
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>3\,\rm \frac{J}{C} = 3\,\rm V</math>
+
.
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>10\,\rm s</math>
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>5\,\rm C</math>
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
 
|-
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>6\,\rm \frac{J}{C} = 6\,\rm V</math>
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>20\,\rm s</math>
+
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 +
.
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>0{,}5\,\rm \frac{C}{s} = 0{,}5\,\rm A</math>
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
 
|-
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
<math>60\,\rm s</math>
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
<math>2\,\rm \frac{C}{s} = 2\,\rm A</math>
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
<math>8\,\rm \frac{J}{s} = 8\,\rm W</math>
 
 
|}
 
|}
  
====1) Energiehunger====
+
Ob wir uns bei den Erbsen verzählt haben, kann man leicht überprüfen. Die Personenanzahl multipliziert mit der Erbsenbeladung muss die Erbsenanzahl ergeben!
Alle Lebewesen und alle Maschinen brauchen Energie.  
+
  
Ein Mensch braucht ohne jede körperliche Anstrengung etwa 7 MegaJoule Energie am Tag. Das nennt man auch den "Grundumsatz". Bei leichter Anstrengung etwa 10-13 MegaJoule pro Tag. Die genaue Energiemenge hängt vom Körpergewicht, vom Geschlecht und weiteren Faktoren ab.
+
Die Stromstärken berechnen sich als Personen pro Zeit und als Erbsen pro Zeit.
<br>Körperlich schwer arbeitende Menschen brauchen bis zu 20 MegaJoule pro Tag und Leistungssportler an einzelnen Tagen bis zu 50 MegaJoule Energie pro Tag!
+
  
Mit diesem "[https://projekte.uni-hohenheim.de/wwwin140/info/interaktives/energiebed.htm Energiebedarfsrechner]" der Uni Hohenheim kannst du dir deinen persönlichen Energiebedarf berechnen.
+
Man bemerkt, dass man die Erbsenstromstärke auch mit Hilfe der Personenstromstärke ausrechnen kann. Dazu muss man nur die Personenstromstärke mit der Beladung multiplizieren!
  
*Berechne den Energiebedarf des Menschen in Joule pro Sekunde (Watt) und vergleiche mit diesen Maschinen:
 
#Laptop: 30 Watt
 
#Desktop: 120 Watt
 
#Auto: 83 KiloWatt<ref>Das entspricht einem Verbrauch von 8 Litern Benzin pro 100 km bei einer Geschwindigkeit von 130 km/h. Damit ist nicht die Leistung gemeint, die zum Antrieb des Autos genutzt wird, sondern die zum Betrieb des Motors benötigt wird. Von der Energie des Benzins werden nur ca. 25% zum Antrieb genutzt, der Rest geht vor allem mit der Abwärme verloren.</ref>
 
  
====2) Die Stromrechnung====
 
[[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.
 
  
Eine Lampe hat eine Leistung von 11 Watt.
 
:'''a)''' Wieviel Energie benötigt sie in der Sekunde, in der Minute und in einer Stunde?
 
  
In der Stromrechnung wird die Energiemenge nicht in Joule, sondern in "KiloWattStunden" (kWh) angegeben. Mit einer KiloWattStunde Energie kann man ein elektrisches Gerät mit einer Leistung von 1000 Watt eine Stunde lang betreiben.
 
:'''b)''' Wieviel Joule entspricht einer KiloWattStunde?
 
Die für ein Gerät benötigte Energie in KiloWattStunden kann man ganz einfach ausrechnen. Wenn man zum Beispiel ein Staubsauger mit einer Leistung von 1200 Watt 30 Minuten lang betreiben will, rechnet man:
 
:<math>\text{Energie} = \text{Leistung (in kW)} \cdot \text{Zeit (in h)}</math>
 
:<math>\text{Energie} = 1{,}2\,\rm kW \cdot 0{,}5\,\rm h = 0{,}6\,\rm kWh</math>
 
In dieser Tabelle hat Angela aufgeschrieben, welche Geräte sie am Tag wie lange benutzt. Ihr Elektrizitätswerk berechnet ihr 27 Cent pro KiloWattStunde. Berechne für sie ihren jährlichen Energiebedarf und die Kosten.
 
{|class="wikitable" style="text-align: center"
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Gerät
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Leistung
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Zeitdauer
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Energiemenge (in kWh)
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Kosten (in €)
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Waschmaschine<br>([https://www.stromverbrauchinfo.de/stromverbrauch-waschmaschinen.php Genaue Werte hier!])
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
1000 W
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
1 h
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Elektroherd
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
2500 W
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
1 h
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Föhn
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
1500 W
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
15 min
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Radio
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
10 W
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
2 h
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Computer
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
80 W
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
3 h
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Einige Lampen
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
40 W
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
3 h
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Fernseher
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
80 W
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
2 h
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|}
 
  
====3) Lampen im Auto und zu Hause====
 
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.
 
:Vergleiche die Stromstärken der beiden Lampen.
 
  
====4) 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.
 
:'''a)''' Welche dieser Geräte kann man ''gleichzeitig'' in der Küche betreiben?
 
:# Wasserkocher 2000W
 
:# Staubsauger 2400W
 
:# Radio 20W
 
:# Lampe 10W
 
:# Mixer 1600W
 
[[Datei:Sicherungskasten_Kfz.jpg|thumb|120px||Sicherungskasten eines Autos. Die Sicherungen sind mit der maximalen Stromstärke in Ampère beschriftet.]]
 
Auch in Autos sind Sicherungen verbaut, um die Kabel vor Überhitzung zu schützen. Anders als in der Wohnung sind dies einfache Schmelzsicherungen, die bei zu großer Stromstärke einfach durchschmelzen und dann ersetzt werden müssen.
 
  
Beim Starten wird der Verbrennungsmotor von einem Elektromotor, dem "Anlasser", gedreht. Der Anlasser hat eine Leistung zwischen einem und zwei KiloWatt und bekommt seine Energie aus der Auto-Batterie, die eine Spannung von 12 Volt hat.
 
:'''b)''' Der Anlasser ist ohne Sicherung direkt an die Batterie angeschlossen. Warum wohl?
 
  
====5) 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.]]
 
Aus Versehen läßt Peter das Licht über Nacht an seinem geparkten Auto an.
 
  
:'''a)''' Warum kann das zu einem Problem werden?
 
An Peters Auto sind zwei Frontscheinwerfer mit je 36 Watt und zwei Rücklichter mit je 18 Watt.
 
:'''b)''' Wieviel Strom fließt durch die Lampen und wieviel durch die Batterie?
 
Die Frage ist nun, ob am nächsten Morgen die Batterie "leer" ist, also keine Energie mehr enthält.
 
  
Auf Batterien ist angegeben "wie groß" sie sind. Bei Peters Autobatterie findet sich zum Beispiel die Aufschrift 12V/36Ah. Das bedeutet, dass die Batterie 36 Stunden lang einen Strom der Stärke 1 Ampère antreiben kann. Oder 18 Stunden lang einen Strom der Stärke 2 Ampère:
 
:<math>36\,\rm Ah = 36\,\rm h \cdot 1\,\rm A = 18\,\rm h \cdot 2\,\rm A</math>
 
  
:'''c)''' Wie lange kann man mit dieser Batterie die beiden Scheinwerfer und die Rückleuchten gleichzeitig betreiben?
 
:'''d)''' Wieviel Coulomb Ladung hat die Batterie dabei verschoben?
 
:'''e)''' Berechne wieviel Energie die Batterie dabei der Lampe geliefert hat. (In Wattstunden und in Joule.)
 
  
Auf Batterien und Akkus findet man außer der Betriebsspannung auch die Angabe der sogenannten "Kapazität". Diese gibt an, wieviel Ladung die Batterie verschieben kann:
 
{|
 
|1)Smartphone:
 
|3,7V / 1300mAh
 
|-
 
|2) Laptop:
 
|10,95V / 7100mAh
 
|-
 
|3) Bohrschrauber:
 
|12V / 1200mAh
 
|-
 
|4) AA-Mignon:
 
|1,2V / 2000mAh
 
|-
 
|5) älteres Motorrad:
 
|6V / 4Ah
 
|}
 
:'''g)''' Berechne, wieviel Ladung die Batterien anschieben können (in Coulomb) und wieviel Energie dabei transportiert wird (in Wattstunden und Joule).
 
Ein Liter Benzin enthält ca. 30 MegaJoule Energie und in den Tank eines Autos passen ca. 50 Liter.
 
:'''h)''' Wieviele Laptop-Akkus können den vollen Benzintank ersetzen?
 
  
====6) Teure und billige Energie====
+
==Vergleich des Erbsentransports mit dem elektrischen Energietransport==
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?
+
Mit Hilfe des Erbsentransportes können wir erklären, warum die Lampen so unterschiedlich hell leuchten. Dazu vergleichen wir den Erbsentransport durch Personen mit dem Energietransport durch die elektrische Ladung:
 +
 
 +
*Die im Kreis laufenden Personen entsprechen der im Kreis fließenden Ladung: <math> \text{1 Person } \widehat{=} \text{ 1 Coulomb}</math>
 +
*Die transportierten Erbsen entsprechen der transportierten Energie: <math> \text{1 Erbse } \widehat{=} \text{ 1 Joule}</math>
 +
*Die Erbsenbeladung entspricht dem elektrischen Potential: <math> \text{1 Erbse pro Person } \widehat{=} \text{ 1 Joule pro Coulomb} = \text{1 Volt}</math>
 +
 
 +
Jetzt können wir die entsprechende Tabelle aufstellen:
 +
 
 
{|class="wikitable" style="text-align: center"
 
{|class="wikitable" style="text-align: center"
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
Energieträger
+
Energie-<br>beladung
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
Trägermenge
+
Zeit-<br>spanne
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
Kosten pro Träger
+
Ladungs-<br>menge
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
Energiebeladung<br>(Heizwert)
+
Energie-<br>menge
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
Kosten pro Energie<br>(in Cent/MJ)
+
(Ladungs-)<br>Stromstärke
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
Kosten pro Energie<br>(in Cent/kWh)
+
Energie-<br>stromstärke<br>(Leistung)
 
|-
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
Benzin
+
<math>12\,\rm V = 12\,\rm \frac{J}{C}</math>
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
1 Liter
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
1,30 €
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
30 MJ/l
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
Heizöl
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
1 Liter
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
0,50 €
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
35 MJ/l
+
<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "| 
+
|-
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
Erdgas<br>(Haushalt)
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
1 <math>m^3</math>
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
0,66 €
+
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
40 <math>\rm MJ/m^3</math>
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
 
|-
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
Holz-Pellets
+
<math>230\,\rm V = 230\,\rm \frac{J}{C}</math>
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
1000 kg
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
230 €
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
14 MJ/kg
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
|style="border-style: solid; border-width: 4px "| 
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
"Strom"
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
100.000 Coulomb
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
1,73 €
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
230 J/C
+
<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
|style="border-style: solid; border-width: 4px "| 
+
|-
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
Batterie
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
AA-Mignon 2300mAh
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
0,50 €
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
1,5 V
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
|}
 
|}
  
==Fußnoten==
+
Weil wir die Zeitdauer nicht kennen, die Lampen können ja eine Sekunde oder eine Stunde lang angeschaltet sein, können wir uns eine wählen.
<references />
+
 
 +
Wählt man als Zeitdauer eine Sekunde, ist es einfach die geflossene Ladungsmenge zu bestimmen, denn bei einer Stromstärke von 0,25 Ampère fließen ja gerade 0,25 Coulomb pro Sekunde!
 +
In zwei Sekunden fließen daher 0,5 Coulomb usw.
 +
 
 +
Die transportierte Energiemenge ergibt sich aus der geflossenen Ladung mal dem Beladungsmaß.
 +
 
 +
Die Energiestromstärke kann man jetzt entweder als Energie pro Zeit berechnen oder als Ladungsstromstärke mal Beladungsmaß.

Version vom 30. April 2025, 12:19 Uhr

Elektrischer Energietransport: Beladungsmaß und Leistung

Versuch: Eine helle Lampe

Aufbau
Die linke Lampe ist an ein Netzgerät angeschlossen, die rechte über einen Schalter an die Steckdose.

Eine 60W-Glühbirne ist an der Steckdose angeschlossen, die andere (12V/250mA) wird mit einem Netzgerät betrieben. Bei beiden Lampen wird die Stromstärke gemessen.

Beobachtung

Durch beide Lampen fließt der gleiche Strom mit einer Stärke von ca. 0,25 Ampère, aber die an der Steckdose angeschlossene Lampe ist viel heller!

Folgerung

Offensichtlich ist "der Strom aus der Steckdose" anders als "der Strom aus dem Netzgerät". Der "Steckdosenstrom" transportiert mehr Energie!

Versuch: Kichererbsentransport

Aufbau
Energiestromstärke Leistung Versuch Erbsenstromstärke.png

In einer Kiste auf einer Seite des Raumes befinden sich Erbsen. (Man kann auch Streichhölzer nehmen.) Die Erbsen sollen in eine noch leere Kiste auf der anderen Seite transportiert werden. Aber jede Person darf nur zwei Erbsen nehmen!

Wir arbeiten zusammen und schauen, wie schnell wir die Erbsen transportieren können.

Messwerte und Auswertung

In diese leere Tabelle schreiben wir unsere Ergebnisse:

Erbsen-
beladung

Zeit-
spanne

Personen-
anzahl

Erbsen-
anzahl

Personen-
stromstärke

Erbsen-
stromstärke

2EP

.

.

.

.

Ob wir uns bei den Erbsen verzählt haben, kann man leicht überprüfen. Die Personenanzahl multipliziert mit der Erbsenbeladung muss die Erbsenanzahl ergeben!

Die Stromstärken berechnen sich als Personen pro Zeit und als Erbsen pro Zeit.

Man bemerkt, dass man die Erbsenstromstärke auch mit Hilfe der Personenstromstärke ausrechnen kann. Dazu muss man nur die Personenstromstärke mit der Beladung multiplizieren!







Vergleich des Erbsentransports mit dem elektrischen Energietransport

Mit Hilfe des Erbsentransportes können wir erklären, warum die Lampen so unterschiedlich hell leuchten. Dazu vergleichen wir den Erbsentransport durch Personen mit dem Energietransport durch die elektrische Ladung:

  • Die im Kreis laufenden Personen entsprechen der im Kreis fließenden Ladung: 1 Person ˆ= 1 Coulomb
  • Die transportierten Erbsen entsprechen der transportierten Energie: 1 Erbse ˆ= 1 Joule
  • Die Erbsenbeladung entspricht dem elektrischen Potential: 1 Erbse pro Person ˆ= 1 Joule pro Coulomb=1 Volt

Jetzt können wir die entsprechende Tabelle aufstellen:

Energie-
beladung

Zeit-
spanne

Ladungs-
menge

Energie-
menge

(Ladungs-)
Stromstärke

Energie-
stromstärke
(Leistung)

12V=12JC

0,25A=0,25Cs

230V=230JC

0,25A=0,25Cs

Weil wir die Zeitdauer nicht kennen, die Lampen können ja eine Sekunde oder eine Stunde lang angeschaltet sein, können wir uns eine wählen.

Wählt man als Zeitdauer eine Sekunde, ist es einfach die geflossene Ladungsmenge zu bestimmen, denn bei einer Stromstärke von 0,25 Ampère fließen ja gerade 0,25 Coulomb pro Sekunde! In zwei Sekunden fließen daher 0,5 Coulomb usw.

Die transportierte Energiemenge ergibt sich aus der geflossenen Ladung mal dem Beladungsmaß.

Die Energiestromstärke kann man jetzt entweder als Energie pro Zeit berechnen oder als Ladungsstromstärke mal Beladungsmaß.