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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.
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;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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;Folgerung
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Offensichtlich ist "der Strom aus der Steckdose" anders als "der Strom aus dem Netzgerät". Der "Steckdosenstrom" transportiert mehr Energie!
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====Versuch: Kichererbsentransport====
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;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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Wir arbeiten zusammen und schauen, wie schnell wir die Erbsen transportieren können.
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<br style="clear: both" />
  
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;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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==Aufgaben zur Trägheit und geradlinig gleichförmigen Bewegung==
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Ob wir uns bei den Erbsen verzählt haben, kann man leicht überprüfen. Die Personenanzahl multipliziert mit der Erbsenbeladung muss die Erbsenanzahl ergeben!
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===1 Anschnallen===
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Die Gurtpflicht beim Autofahren wurde in der Bundesrepublik Deutschland 1976 für die Vordersitze und 1984 für die Rücksitze eingeführt. Für Reisebusse gilt sie seit 1999.
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<br> Erkläre aus physikalischer Sicht die Funktion des Sicherheitsgurtes.
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===2 "Anschubsen"===
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Die Stromstärken berechnen sich als Personen pro Zeit und als Erbsen pro Zeit.
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Anna "schubst" eine liegende Münze auf dem Tisch an. Nach ungefähr einem Meter bleibt die Münze liegen. Wenn sie die Münze auf die Kante stellt und anschubst, dann rollt die Münze viel weiter.
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<br>Erkläre das mit Hilfe der wirkenden Kräfte auf die Münze.
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===3 Die Erddrehung===
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Man bemerkt, dass man die Erbsenstromstärke auch mit Hilfe der Personenstromstärke ausrechnen kann. Dazu muss man nur die Personenstromstärke mit der Beladung multiplizieren!
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Die Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um sich selbst. Dadurch bewegen wir uns in Freiburg mit einer Geschwindigkeit von ca. 1000 km/h von Westen nach Osten.
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<br>a) Springe ich in Freiburg vom Boden hoch, dann berühre ich die Erde nicht mehr. Dann müßte sie sich doch mit 1000km/h unter mir wegbewegen? Erkläre warum das nicht so ist.
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<br>b) Wenn ein Flugzeug mit der Geschwindigkeit von 1000km/h von Osten nach Westen fliegt, dann steht es eigentlich still. Warum braucht es trotzdem Motoren, die es antreiben?
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===4 Ein Luftkissenball===
 
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[[Datei:Aufgabe_Luftkissenfußball_Bahn.png|right|400px]]
 
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Ein Luftkissenball bewegt sich auf der gezeichneten Bahn:
 
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<br>(1) Anschubsen
 
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<br>(2) Niemand berührt den Ball
 
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<br>(3) eine Rechtskurve
 
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<br>(4) Niemand berührt den Ball
 
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<br>(5) Anhalten
 
  
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Zeichne für alle Phasen der Bewegung die wirkende Kraft mit einem Pfeil ein.
 
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<br style="clear: both" />
 
  
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===5 In der Straßenbahn===
 
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[[Datei:Straßenbahn_fahren.jpg|thumb|left]]
 
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Peter fährt mit der Straßenbahn in die Schule.
 
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*In welchen Situationen muss er sich festhalten, wann nicht?
 
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*Erkläre dies mit den Begriffen Massenträgheit und Kraft.
 
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<br style="clear: both" />
 
  
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===6 Kinderwagen schieben===
 
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Manfred schiebt den Kinderwagen mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit. Dazu muss er mit einer Kraft von 10N drücken. Der Kinderwagen hat eine Masse von 7kg.
 
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<br>Zeichne in das Schnittbild des Kinderwagens alle wirkenden Kräfte ein. (<math>1\,\rm cm \hat = 10\,\rm N</math> )
 
  
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===7 Flugzeug fliegen===
 
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Damit ein Airbus 350 mit konstant 900km/h fliegen kann wird er von zwei Triebwerken mit zusammen ca. 600kN angeschoben. Er hat eine Masse von ca. 150t.
 
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<br>Zeichne in das Schnittbild die wirkenden Kräfte maßstabsgerecht ein. (<math>1\,\rm cm \hat = 300000\,\rm N</math>)
 
  
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===8 Fahrrad fahren===
 
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Wenn Diana konstant mit einer großen Geschwindigkeit fahren will, dann muss sie auch "fest reintreten". Warum ist das wohl so?
 
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<br>a) Erkläre warum Diana langsamer wird, wenn sie aufhört zu treten.
 
  
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[[Datei:Fahrrad_Widerstandsdiagramm_kmProh.png|left|400px]]Den Widerstand durch die Reibung der Räder am Boden nennt man Rollwiderstand, den Widerstand durch die Reibung an der Luft Luftwiderstand. Das Diagramm zeigt wie groß der Rollwiderstand, der Luftwiderstand und der Gesamtwiderstand bei verschiedenen Geschwindigkeiten ist.
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<br>b) Wie groß ist der Rollwiderstand, der Luftwiderstand und der Gesamtwiderstand bei 20km/h und bei 40km/h?
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<br>c) Zeichne in die beiden Schnittbilder die wirkenden Kräfte bei 25km/h und bei 50km/h ein. (<math>1\,\rm cm \hat = 50\,\rm N</math>) Diana hat mit Rad eine Masse von 50kg.
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<br>d) Erkläre nun, warum Diana bei größeren Geschwindigkeiten auch fester treten muss.
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<br style="clear: both" />
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==Vergleich des Erbsentransports mit dem elektrischen Energietransport==
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[[Datei:FahrradfahrerIn_Schnittbild.png|350px]]
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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:
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[[Datei:FahrradfahrerIn_Schnittbild.png|350px]]
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*Die im Kreis laufenden Personen entsprechen der im Kreis fließenden Ladung: <math> \text{1 Person } \widehat{=} \text{ 1 Coulomb}</math>
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*Die transportierten Erbsen entsprechen der transportierten Energie: <math> \text{1 Erbse } \widehat{=} \text{ 1 Joule}</math>
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*Die Erbsenbeladung entspricht dem elektrischen Potential: <math> \text{1 Erbse pro Person } \widehat{=} \text{ 1 Joule pro Coulomb} = \text{1 Volt}</math>
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Jetzt können wir die entsprechende Tabelle aufstellen:
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{|class="wikitable" style="text-align: center"
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Energie-<br>beladung
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!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Zeit-<br>spanne
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!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Ladungs-<br>menge
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 +
Energie-<br>menge
 +
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
(Ladungs-)<br>Stromstärke
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!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
Energie-<br>stromstärke<br>(Leistung)
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|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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<math>12\,\rm V = 12\,\rm \frac{J}{C}</math>
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
<math>230\,\rm V = 230\,\rm \frac{J}{C}</math>
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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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<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
 +
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
|}
 
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===[[Aufgaben zur Trägheit und geradlinig gleichförmiger Bewegung (Lösungen)|Lösungen]]===
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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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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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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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Die Energiestromstärke kann man jetzt entweder als Energie pro Zeit berechnen oder als Ladungsstromstärke mal Beladungsmaß.

Aktuelle 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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