Die elektrische Stromstärke (der Ladungs-Durchsatz): Unterschied zwischen den Versionen

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==Versuch: Wasserstromstärke eines Wasserhahns==
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Bild:Löschschlauch_Jugendfeuerwehr.jpg|Durch den Schlauch fließen 100 Liter pro Minute!
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Bild:Autobahn Verkehrsfluss.jpg|Hier fahren ca. 2000 Autos pro Stunde vorbei.
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Bild:Simulation Verkehrsfluss Ring Martin Treiber.jpg|Warum staut sich hier der Verkehr?<br> [https://traffic-simulation.de/ring.html Simulation des Verkehrsflusses]
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Bild:Soaring teapot fountain temple city.jpg|Und ewig fließt das Wasser... <br /> ([https://www.youtube.com/watch?v=L4ctY6O0N1o Video der Teekanne].)
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==Versuche==
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===Versuch: Wasserstromstärke eines Wasserhahns===
 
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:<math> I = 0{,}198\rm\frac{l}{s} = 11{,}89\rm\frac{l}{min} = 11890\rm\frac{ml}{min} </math>
 
:<math> I = 0{,}198\rm\frac{l}{s} = 11{,}89\rm\frac{l}{min} = 11890\rm\frac{ml}{min} </math>
  
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==Versuch: "Menschenstromstärke"==
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===Versuch: "Menschenstromstärke"===
 
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Eine Schulklasse läuft an einer Zählstelle vorbei. Dort zählen zwei SchülerInnen 10 Sekunden lang wieviele Personen vorbeilaufen. Eine dritte SchülerIn stoppt mit einer Handstoppuhr die Zeit.
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Eine Schulklasse läuft im Kreis um eine Tischreihe. An einer Stelle des Kreises stehn zwei Schüler:innen und zählen dort 10 Sekunden lang wieviele Personen vorbeilaufen. Eine dritte Schüler:in stoppt mit einer Handstoppuhr die Zeit.
 
:'''a)''' Die Klasse läuft gemächlich im "Gänsemarsch".
 
:'''a)''' Die Klasse läuft gemächlich im "Gänsemarsch".
 
:'''b)''' Die Klasse läuft gemächlich in Zweierreihen.
 
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<br>Eine große Stromstärke erreicht man, indem viele Personen nebeneinander laufen und indem die Personen schnell laufen.
 
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===Versuch: Messen der Stromstärke===
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Drei Lämpchen sind in einem verzweigten Stromkreis eingebaut.
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Das Lämpchen 1 leuchtet wesentlich heller als die Lämpchen 2 und 3.
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[[Bild:Versuch Messung der Stromstärke Aufbau Amperemeter.png|thumb|left|Dieses Ampèremeter misst wieviel Strom vor Lämpchen 1 fließt.]]
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Durch das Lämpchen 1 fließt mehr Strom als durch die Lämpchen 2 und 3. Mit einem Stromstärkemessgerät ("Ampèremeter") soll das nun gemessen werden:
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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.
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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.
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Was schiefgehen kann:
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#Der Zeiger des Ampèremeter schlägt in die falsche Richtung aus.
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#Der Zeiger macht nur einen minimalen Ausschlag.
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#Der Zeiger geht über die maximale Anzeige hinaus.
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Wie man das löst:
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#Man vertauscht die Anschlusskabel des Ampèremeters.
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#Man wählt einen kleineren Messbereich.
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#Man wählt einen größeren Messbereich.
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==Festlegung und Formel der elektrischen Stromstärke==
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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:
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\begin{align}
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\textrm{Stromstärke}  &= \frac{\textrm{Ladung}}{\textrm{Zeit}}\\
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\textrm{ein Ampère}  &=\frac{\textrm{ein Coulomb}}{\textrm{eine Sekunde}}
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\end{align}
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</math>
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:<math>
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\begin{align}
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I        &= \frac{Q}{t}\\
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1\,\rm A &=\frac{1\,\rm C}{1\,\rm s}
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\end{align}
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</math>
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==Links==
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* Video: [https://www.youtube.com/watch?v=L4ctY6O0N1o the soaring teapot temple city california video by the sherm] youtube: von "Karl Sherman"

Aktuelle Version vom 27. April 2023, 12:53 Uhr

Versuche

Versuch: Wasserstromstärke eines Wasserhahns

Aufbau

Der Wasserhahn wird voll aufgedreht und ein Messzylinder mit zwei Litern Wasser gefüllt. Mit mehreren Stoppuhren wird gemessen wie lange das dauert.

Messung
Wassermenge: 2l
Zeitdauer: 9,87s 10,32s 9,94s 10,12s 10,23s
Auswertung

Mittelwert der Zeitdauer: [math]10,096\,\rm s[/math]

[math]\text{Stromstärke}=\frac{\text{Wassermenge}}{\text{Zeitdauer}} = \frac{2\,\rm l}{10{,}096\,\rm s}=0{,}198\rm\frac{l}{s}[/math]

Statt in Litern pro Sekunde kann man die Stromstärke auch in Millilitern pro Sekunde angeben:

[math] I = \frac{2000\,\rm l}{10{,}096\,\rm s} = 198\rm\frac{ml}{s} \ \ \ \ \ \text{ }[/math] In einer Sekunde kann man also ungefähr ein Wasserglas füllen.

Die Stromstärke kann man auch in Litern pro Minute angeben. Das ist der 60-fache Zahlenwert von der Angabe in Litern pro Sekunde.

Oder in Millilitern pro Minute. Dazu mulipliziert man die Maßzahl noch mit 1000:

[math] I = 0{,}198\rm\frac{l}{s} = 11{,}89\rm\frac{l}{min} = 11890\rm\frac{ml}{min} [/math]

Versuch: "Menschenstromstärke"

Aufbau

Eine Schulklasse läuft im Kreis um eine Tischreihe. An einer Stelle des Kreises stehn zwei Schüler:innen und zählen dort 10 Sekunden lang wieviele Personen vorbeilaufen. Eine dritte Schüler:in stoppt mit einer Handstoppuhr die Zeit.

a) Die Klasse läuft gemächlich im "Gänsemarsch".
b) Die Klasse läuft gemächlich in Zweierreihen.
c) Die Klasse läuft zügig in Zweierreihen.
Messung
a) 7 Personen in 10 Sekunden
b) 13 Personen in 10 Sekunden
c) 22 Personen in 10 Sekunden
Auswertung
a) [math]I_{Pers}= \frac{7\,\rm Pers}{10\,\rm s} = 0{,}7\,\rm\frac{Pers}{s}[/math]
b) [math]I_{Pers}= \frac{13\,\rm Pers}{10\,\rm s} = 1{,}3\,\rm\frac{Pers}{s}[/math]
c) [math]I_{Pers}= \frac{22\,\rm Pers}{10\,\rm s} = 2{,}2\,\rm\frac{Pers}{s}[/math]


Die Menschenstromstärke hat sich durch die Zweierreihe im Vergleich zur Einerreihe ungefähr verdoppelt, was ja auch logisch ist, denn es laufen zwei Personen nebeneinander.
Auch durch die größere Laufgeschwindigkeit passieren mehr Personen pro Zeit die Zählstelle und somit erhöht sich die Stromstärke.

Die Menschenstromstärke gibt an, wieviele Personen pro Sekunde im Mittel an der Zählstelle vorbeilaufen.
Eine große Stromstärke erreicht man, indem viele Personen nebeneinander laufen und indem die Personen schnell laufen.

Versuch: Messen der Stromstärke

Aufbau
Versuch Messung der Stromstärke Aufbau.png

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:

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

Wie man das löst:

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

Festlegung und Formel der elektrischen Stromstärke

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}\\ 1\,\rm A &=\frac{1\,\rm C}{1\,\rm s} \end{align} [/math]
Merkregel Dreisatz QIt.png

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