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==Leere Seite==
 
 
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==Elektrischer Energietransport: Beladungsmaß und Leistung==
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====Versuch: Eine helle Lampe====
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;Aufbau
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[[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.]]
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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
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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!
  
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=Aufgaben zur Gravitation: Masse und Gewichtskraft=
+
;Folgerung
−
==Massenanziehung (Gravitation)==
+
Offensichtlich ist "der Strom aus der Steckdose" anders als "der Strom aus dem Netzgerät". Der "Steckdosenstrom" transportiert mehr Energie!
  
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'''1) Massen messen'''
+
====Versuch: Kichererbsentransport====
 +
;Aufbau
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[[Datei:Energiestromstärke Leistung Versuch Erbsenstromstärke.png|400px|left]]
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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!
  
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Im Unterricht haben wir die Masse einer Tafel Schokolade gemessen.
+
Wir arbeiten zusammen und schauen, wie schnell wir die Erbsen transportieren können.
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<br style="clear: both" />
  
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:'''a)''' Wie haben wir das gemacht?
+
;Messwerte und Auswertung
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In diese leere Tabelle schreiben wir unsere Ergebnisse:
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{|class="wikitable" style="text-align: center"
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Erbsen-<br>beladung
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Zeit-<br>spanne
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Personen-<br>anzahl
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Erbsen-<br>anzahl
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Personen-<br>stromstärke
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Erbsen-<br>stromstärke
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<math>2\,\rm \frac{E}{P}</math>
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|-
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.
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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|}
  
−
Mein Fahrrad hat eine Masse von ca. 12 Kilogramm.
+
Ob wir uns bei den Erbsen verzählt haben, kann man leicht überprüfen. Die Personenanzahl multipliziert mit der Erbsenbeladung muss die Erbsenanzahl ergeben!
−
:'''b)''' Was ist eigentlich "ein Kilogramm"? Genauer: Wie wurde festgelegt, was "ein Kilogramm" ist?
+
  
−
'''2) Gravitation'''
+
Die Stromstärken berechnen sich als Personen pro Zeit und als Erbsen pro Zeit.
  
−
Wir erleben ständig, dass Dinge zu Boden fallen oder zum Boden hin gezogen werden.
+
Man bemerkt, dass man die Erbsenstromstärke auch mit Hilfe der Personenstromstärke ausrechnen kann. Dazu muss man nur die Personenstromstärke mit der Beladung multiplizieren!
−
:'''a)''' Wie kann man dieses Phänomen erklären?
+
−
:'''b)''' Nenne noch weitere Gegenstände, die von der Gravitation zusammengezogen werden.
+
  
−
'''4) Ebbe und Flut'''
 
  
−
An der Nordsee kann man regelmäßig sehen, wie die Wasserhöhe sich ändert.
 
  
−
:'''a)''' Wie oft am Tag gibt es Ebbe und wie oft Flut?
 
−
:'''b)''' Wie kann man das erklären?
 
−
:'''c)''' Warum sind Ebbe und Flut an der Nordsee viel stärker als an der Ostsee?
 
  
−
'''5) auf dem Mond I'''
 
−
:'''a)''' Auf dem Mond "fühlt sich alles leichter an". Welche der Aussagen beschreibt das korrekt? Begründe.
 
−
:#"Auf dem Mond haben alle Gegenstände eine kleinere Masse."
 
−
:#"Auf dem Mond haben alle Gegenstände eine kleinere Gewichtskraft."
 
−
:#"Auf dem Mond werden die Gegenstände nicht so stark angezogen."
 
−
:'''b)''' Wie kann man es erklären, dass auf dem Mond ein Gegenstand mit einer geringeren Gewichtskraft angezogen wird, als auf der Erde?
 
  
−
==Gewichtskraft und Ortsfaktor==
 
−
'''1) Gewichtskraft berechnen'''
 
  
−
*Mit welcher Gewichtskraft werden diese Gegenstände zur Erde gezogen?
 
  
−
'''a)''' eine Tafel Schokolade '''b)''' ein Kilogramm Mehl '''c)''' 350 g Zucker '''d)''' du selbst!
 
  
−
'''2) ein Schulranzen'''
 
  
−
Ein Schulranzen wird mit einer Kraft von 36N zur Erde gezogen.
 
−
*Welche Masse hat der Ranzen?
 
  
−
'''3) auf dem Mond II'''
 
  
−
Auf den Mond hat man verschiedene Gegenstände von der Erde mitgenommen. Bereits auf der Erde hat man die Massen dieser Gegenstände mit einer Balkenwaage bestimmt. Mit einem Federkraftmesser messen die Astronauten nun auf dem Mond, wie stark die Gegenstände vom Mond angezogen werden.
 
−
:'''a)''' Warum müssen die Astronauten die Massen der Gegenstände auf dem Mond nicht noch einmal messen?
 
−
:'''b)''' Trage die Messergebnisse in ein Koordinatensystem ein. Falls du schon ein Koordinatensystem mit Messwerten auf der Erde hast, dann trage sie dort ein! (x-Achse: Masse <math>m</math> in <math>\rm kg</math> , y-Achse: Gewichtskraft <math>F_G</math>  in <math>\rm N</math>.)
 
−
:'''c)''' Ergänze in der Tabelle jeweils den Quotienten von Gewichtskraft <math>F_G</math> und Masse (in <math>\rm \frac{N}{kg}</math> ). Was stellst du fest?
 
−
:'''d)''' Wie groß ist der Ortsfaktor auf dem Mond? Stelle eine Formel für die Gewichtskraft eines Gegenstandes auf dem Mond auf.
 
−
:'''e)''' Berechne die Gewichtskraft der Gegenstände von Aufgabe 1) auf dem Mond.
 
  
−
{|class="wikitable" style="text-align: center"
 
−
!style="width: 25%; border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Gegenstand
 
  
−
!style="width: 25%; border-style: solid; border-width: 4px "|
+
==Vergleich des Erbsentransports mit dem elektrischen Energietransport==
−
Masse <math>m</math> (in <math>\rm kg</math> )
+
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:
  
−
!valign="top"; style="width: 25%; border-style: solid; border-width: 4px "|
+
*Die im Kreis laufenden Personen entsprechen der im Kreis fließenden Ladung: <math> \text{1 Person } \widehat{=} \text{ 1 Coulomb}</math>
−
Gewichtskraft <math>F_G</math> (in <math>\rm N</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>
  
−
!valign="top"; style="width: 33%; border-style: solid; border-width: 4px "|
+
Jetzt können wir die entsprechende Tabelle aufstellen:
−
Gewichtskraft pro Masse <math>\frac{F_G}{m}</math> (in <math>\rm \frac{N}{kg}</math> )
+
  
 +
{|class="wikitable" style="text-align: center"
 +
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
Energie-<br>beladung
 +
!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 "|
 +
(Ladungs-)<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 "|  
−
Stift
+
<math>12\,\rm V = 12\,\rm \frac{J}{C}</math>
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
0,030
 
−
|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
0,048
 
−
|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
 
−
|-
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
Hammer
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
0,250
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
−
|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
−
0,4
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
−
|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
 
+
 
|-
 
|-
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
Handschuh
+
<math>230\,\rm V = 230\,\rm \frac{J}{C}</math>
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
0,150
 
−
|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
0,24
 
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|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
|-
 
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Apfel
 
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
0,100
 
−
|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
0,16
 
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|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
|-
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
Telefon
 
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
 
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
0,240
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
−
|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
−
0,39
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
 
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'''5) Unsere Planeten'''
+
Weil wir die Zeitdauer nicht kennen, die Lampen können ja eine Sekunde oder eine Stunde lang angeschaltet sein, können wir uns eine wählen.
  
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Auf den Planeten underes Sonnensystems gibt es gibt es unterschiedliche Ortsfaktoren.
+
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!
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[[Datei:Gravitation Planeten im Vergleich.png|thumb|350px]]
+
In zwei Sekunden fließen daher 0,5 Coulomb usw.
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Die transportierte Energiemenge ergibt sich aus der geflossenen Ladung mal dem Beladungsmaß.
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Merkur
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+
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<math>g=9{,}7\,\rm\frac{N}{kg}</math>
+
−
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+
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'''M'''ein
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|-
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Venus
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|
+
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<math>g=8{,}87\,\rm\frac{N}{kg}</math>
+
−
|
+
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'''V'''ater
+
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|-
+
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|
+
−
Erde
+
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|
+
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<math>g=9{,}81\,\rm\frac{N}{kg}</math>
+
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+
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'''E'''rklärt
+
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|-
+
−
|
+
−
Mars
+
−
|
+
−
<math>g=3{,}69\,\rm\frac{N}{kg}</math>
+
−
|
+
−
'''M'''ir
+
−
|-
+
−
|
+
−
Jupiter
+
−
|
+
−
<math>g=24{,}8\,\rm\frac{N}{kg}</math>
+
−
|
+
−
'''J'''eden
+
−
|-
+
−
|
+
−
Saturn
+
−
|
+
−
<math>g=10{,}4\,\rm\frac{N}{kg}</math>
+
−
|
+
−
'''S'''onntag
+
−
|-
+
−
|
+
−
Uranus
+
−
|
+
−
<math>g=8{,}9\,\rm\frac{N}{kg}</math>
+
−
|
+
−
'''U'''nsere
+
−
|-
+
−
|
+
−
Neptun
+
−
|
+
−
<math>g=11{,}2\,\rm\frac{N}{kg}</math>
+
−
|
+
−
'''N'''achbarplaneten
+
−
|}
+
  
−
:'''a)''' Wie kann man die Unterschiede zwischen den Planeten erklären?
+
Die Energiestromstärke kann man jetzt entweder als Energie pro Zeit berechnen oder als Ladungsstromstärke mal Beladungsmaß.
−
:'''b)''' Berechne für alle Planeten die Gewichtskraft, mit der du dort angezogen wirst.
+

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.

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