*: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 1. April 2025, 23:28 Uhr

Versuch: Messen der Stromstärke

Aufbau

Drei Lämpchen sind in einem verzweigten Stromkreis eingebaut.

Beobachtung

Das Lämpchen 1 leuchtet wesentlich heller als die Lämpchen 2 und 3.

Folgerung und Messung

Dieses Ampèremeter misst wieviel Strom vor Lämpchen 1 fließt.

Durch das Lämpchen 1 fließt mehr Strom als durch die Lämpchen 2 und 3. Mit einem Stromstärkemessgerät ("Ampèremeter") soll das nun gemessen werden:

Um die Stärke des Stroms an einer bestimmten Stelle zu messen, muss der Stromkreis an dieser Stelle unterbrochen werden. Dabei geht dann auch das Lämpchen aus.

Mit dem Ampèremeter verbindet man die Kabel wieder. Der Strom fließt jetzt durch das Messgerät anstatt durch das Kabel. Der Stromkreis ist geschlossen und das Lämpchen leuchtet wieder.

Was schiefgehen kann:

Der Zeiger des Ampèremeter schlägt in die falsche Richtung aus.
Der Zeiger macht nur einen minimalen Ausschlag.
Der Zeiger geht über die maximale Anzeige hinaus.

Wie man das löst:

Man vertauscht die Anschlusskabel des Ampèremeters.
Man wählt einen kleineren Messbereich.
Man wählt einen größeren Messbereich.

Festlegung und Formel der elektrischen Stromstärke

Fließt elektrische Ladung, so gibt die Stromstärke $I$ an wieviel Ladung $Q$ an einer Stelle pro Zeit $t$ durchfließt. Sie wird in Coulomb pro Sekunde oder Ampère gemessen:

$\begin{align} \textrm{Stromstärke} &= \frac{\textrm{Ladung}}{\textrm{Zeit}}\\ \textrm{ein Ampère} &=\frac{\textrm{ein Coulomb}}{\textrm{eine Sekunde}} \end{align}$

$\begin{align} I &= \frac{Q}{t}\\ 1\,\rm A &=\frac{1\,\rm C}{1\,\rm s} \end{align}$

Aufgaben zur Stromstärke

Wasserstromstärken

1) Badewanne füllen

Moritz will ein Bad nehmen und dreht den Hahn voll auf. Die Badewanne, welche $140\,\rm l$ fasst, ist nach $7\,\rm min$ voll.

Berechne die Stärke des Wasserstroms, der aus dem Hahn in die Wanne läuft in Litern pro Minute und in Litern pro Sekunde.

2) Drei-Flüsse-Stadt Passau

Die Flüsse Inn, Donau und Ilz am Dreiflüsseeck in Passau.

Passau ist bekannt dafür, dass in ihr die drei Flüsse Inn, Donau und Ilz zusammenfließen. Wegen der Hochwassergefahr wird ständig die Wasserhöhe, der sogenannte "Pegel" und an einigen Stellen auch die Stromstärke, der sogenannte "Abfluss" gemessen. (Siehe Gewässerkundlicher Dienst Bayern)

Die Flüße sind unterschiedlich groß und haben deswegen auch ganz unterschiedliche Stromstärken:

Inn: $740 \,\rm \frac{m^3}{s}$

Donau: $640\,\rm \frac{m^3}{s}$

Ilz: $16\,\rm \frac{m^3}{s}$

Nach dem Zusammenfließen nennt man den Fluss immer noch "Donau".

Wie groß ist die Stromstärke der Donau hinter Passau?

Elektrische Stromstärke

4) Knotenregel in Schaltplänen

Berechne mit Hilfe der Knotenregel die unbekannten Stromstärken.

Lösungen

l

*: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 1. April 2025, 23:28 Uhr

Versuch: Messen der Stromstärke

Festlegung und Formel der elektrischen Stromstärke

Aufgaben zur Stromstärke

Wasserstromstärken

1) Badewanne füllen

2) Drei-Flüsse-Stadt Passau

Elektrische Stromstärke

4) Knotenregel in Schaltplänen

Lösungen

Navigationsmenü

Ansichten

Meine Werkzeuge

Navigation

Kurse

Nützliches

Suche

Werkzeuge

@@ Zeile 1: / Zeile 1: @@
-__NOTOC__==Spule und Magnetfeld als Energiespeicher==
+__NOTOC__
-====Selbstinduktion====
+{|
-:'''a)''' Erklären Sie den Begriff der Selbstinduktion indem Sie einen passenden Versuch beschreiben.
+|height="1170px"|
-:'''b)''' Begründen Sie, warum die Spannung der Selbstinduktion an einer Spule proportional zur Änderung der Stromstärke ist.
+|}
+===Versuch: Messen der Stromstärke===
+;Aufbau
+[[Bild:Versuch Messung der Stromstärke Aufbau.png|thumb|none]]
+Drei Lämpchen sind in einem verzweigten Stromkreis eingebaut.
+<br style="clear: both" />
-====Induktivität und Energiegehalt einer Spule====
+;Beobachtung
-[[Datei:Aufgabe_Spule_mit_Eisenkern.png|thumb]]
+Das Lämpchen 1 leuchtet wesentlich heller als die Lämpchen 2 und 3.
-:'''a)''' Eine Spule hat eine Induktivität von 10 H (Henry).
-:Was bedeutet das? Erläutern Sie es anhand von Verwendungsbeispielen.
-:'''b)''' Eine Spule hat 1000 Windungen, eine Querschnittsfläche von 3cm x 3cm und eine Länge von 10cm.
-:a) Berechnen Sie ihre Induktivität.
-Man läßt einen Strom mit der Stärke von 2A durch die Spule fließen.
-:b) Berechnen Sie den magnetischen Fluss, die Feldstärke, die Energiemenge und die Energiedichte der Spule.
-Die stromdurchflossene Spule wird nun in einen geschlossenen Eisenkern mit der relativen Permeabilität von 2000 gestellt.
-:c) Wie verändern sich dadurch die Werte von Frage b)?
-====Energie des Erdmagnetfeldes====
+;Folgerung und Messung
-Das Erdmagnetfeld hat in Europa eine Feldstärke von ca. 40A/m, bzw. eine Flußdichte von ca.50 MikroTesla.
+[[Bild:Versuch Messung der Stromstärke Aufbau Amperemeter.png|thumb|left|Dieses Ampèremeter misst wieviel Strom vor Lämpchen 1 fließt.]]
+Durch das Lämpchen 1 fließt mehr Strom als durch die Lämpchen 2 und 3. Mit einem Stromstärkemessgerät ("Ampèremeter") soll das nun gemessen werden:
-:Wieviel Energie ist innerhalb Ihres Zimmers im Erdmagnetfeld gespeichert?
+Um die Stärke des Stroms an einer bestimmten Stelle zu messen, muss der Stromkreis an dieser Stelle unterbrochen werden. Dabei geht dann auch das Lämpchen aus.
-:Wie hoch könnte man damit eine Tafel Schokolade heben?
-[[Datei:Aufgabe_Feld_zwischen_Stabmagnet.png|thumb]]
+Mit dem Ampèremeter verbindet man die Kabel wieder. Der Strom fließt jetzt durch das Messgerät anstatt durch das Kabel. Der Stromkreis ist geschlossen und das Lämpchen leuchtet wieder.
-====Feldenergie von Festmagneten====
+<br style="clear: both" />
-Zwei Festmagnete "haften" aneinander und werden bis auf einen Abstand von 0,5cm auseinandergezogen. Wieviel Energie war wohl dazu nötig?
-Näherungsweise nimmt man das Feld zwischen den Polen als homogen an.
-Die Feldstärke zwischen den Polen wird zu 120000A/m gemessen. (Die Flußdichte beträgt 0,15T.)
-===supraleitender Energiespeicher===
+Was schiefgehen kann:
-Supraleiter sind Materialien, die bei niedrigen Temperaturen keinen ohmschen Widerstand mehr haben. Daraus kann man supraleitende Kabel herstellen und auch Spulen wickeln.
+#Der Zeiger des Ampèremeter schlägt in die falsche Richtung aus.
-:a) Entwerfen Sie eine supraleitende Spule, welche die Energie eines Liters Benzin (ca. 40MJ) speichern kann.
+#Der Zeiger macht nur einen minimalen Ausschlag.
-:b) Welche Vor- und Nachteile hätte die Verwendung eines Eisenkerns?
+#Der Zeiger geht über die maximale Anzeige hinaus.
-===Bewegungsenergie der Elektronen===
+Wie man das löst:
-Bei einer stromdurchflossenen Spule bewegen sich die Ladungsträger, in diesem Fall also die Elektronen. In dieser Bewegung steckt auch Energie. Vielleicht ist dort auch die Energie der Spule gespeichert und nicht im Magnetfeld? Als Beispiel nehmen wir eine Spule mit 1000 Windungen, einer Querschnittsfläche von 3cm x 3cm und einer Länge von 10cm.
+#Man vertauscht die Anschlusskabel des Ampèremeters.
-<br>Zunächst muss man die Masse der im Kupferdraht frei beweglichen Elektronen berechnen. Der Draht hat eine Masse von 120g. Jedes Kupferatom stellt ungefähr ein Leitungselektron zur Verfügung. Die Dichte von Kupfer beträgt ca. 9 g/cm^3 und das molare Volumen beträgt ca. 7*10^-6 m^3/mol.
+#Man wählt einen kleineren Messbereich.
-:a) Wieviel Masse haben die Leitungselektronen des Kupferdrahtes?
+#Man wählt einen größeren Messbereich.
-:b) Welche Geschwindigkeit müßten die Elektronen haben, um die Energie bei einer Stromstärke von 2A zu speichern?
+==Festlegung und Formel der elektrischen Stromstärke==
+{|class="wikitable" style="border-style: solid; border-width: 4px "
+|
+Fließt elektrische Ladung, so gibt die Stromstärke <math>I</math> an wieviel Ladung <math>Q</math> an einer Stelle pro Zeit <math>t</math> durchfließt. Sie wird in Coulomb pro Sekunde oder Ampère gemessen:
+{|
+|
+:<math>
+\begin{align}
+\textrm{Stromstärke}  &= \frac{\textrm{Ladung}}{\textrm{Zeit}}\\
+\textrm{ein Ampère}   &=\frac{\textrm{ein Coulomb}}{\textrm{eine Sekunde}}
+\end{align}
+</math>
+|
+:<math>
+\begin{align}
+I        &= \frac{Q}{t}\\
+\,\rm A &=\frac{1\,\rm C}{1\,\rm s}
+\end{align}
+</math>
+|
+:[[Datei:Merkregel_Dreisatz_QIt.png|60px]]
+|}
+|}
+==Aufgaben zur Stromstärke==
+===Wasserstromstärken===
+[[Datei:Stromstärke Badewanne.jpg|thumb|100px]]
+====1) Badewanne füllen====
+Moritz will ein Bad nehmen und dreht den Hahn voll auf. Die Badewanne, welche <math>140\,\rm l</math> fasst, ist nach <math>7\,\rm min</math> voll.
+*Berechne die Stärke des Wasserstroms, der aus dem Hahn in die Wanne läuft in Litern pro Minute und in Litern pro Sekunde.
+====2) Drei-Flüsse-Stadt Passau====
+[[Datei:Stromstärke Dreiflüsseeck Passau.jpg|thumb|Die Flüsse Inn, Donau und Ilz am Dreiflüsseeck in Passau.]]
+Passau ist bekannt dafür, dass in ihr die drei Flüsse Inn, Donau und Ilz zusammenfließen. Wegen der Hochwassergefahr wird ständig die Wasserhöhe, der sogenannte "Pegel" und an einigen Stellen auch die Stromstärke, der sogenannte "Abfluss" gemessen. (Siehe [https://www.gkd.bayern.de/de/fluesse/abfluss/passau Gewässerkundlicher Dienst Bayern])
+Die Flüße sind unterschiedlich groß und haben deswegen auch ganz unterschiedliche Stromstärken:
+{|
+|
+Inn: <math>740 \,\rm \frac{m^3}{s}</math>
+|
+Donau: <math>640\,\rm \frac{m^3}{s}</math>
+|
+Ilz: <math>16\,\rm \frac{m^3}{s}</math>
+|}
+Nach dem Zusammenfließen nennt man den Fluss immer noch "Donau".
+*Wie groß ist die Stromstärke der Donau hinter Passau?
+===Elektrische Stromstärke===
+====4) Knotenregel in Schaltplänen====
+Berechne mit Hilfe der Knotenregel die unbekannten Stromstärken.
+[[Bild:Aufgabe Knotenregel Stromstärkeberechnung Schaltplan.png|750px]]
+==[[Aufgaben zur Stromstärke - Lösungen|Lösungen]]==
+l