*: Unterschied zwischen den Versionen

Aus Schulphysikwiki
Wechseln zu: Navigation, Suche
(→‎Leere Seite)
 
(132 dazwischenliegende Versionen des gleichen Benutzers werden nicht angezeigt)
Zeile 1: Zeile 1:
 
__NOTOC__
 
__NOTOC__
−
==Leere Seite==
 
 
{|
 
{|
 
|height="800px"|
 
|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!
  
−
==Aufgaben zur Akustik==
+
;Folgerung
−
====Schallquellen====
+
Offensichtlich ist "der Strom aus der Steckdose" anders als "der Strom aus dem Netzgerät". Der "Steckdosenstrom" transportiert mehr Energie!
−
1) Nenne einige Möglichkeiten Schall zu erzeugen. Was haben alle diese Möglichkeiten gemeinsam?
+
  
−
2) Wie kann man die Schwingung einer Stimmgabel sichtbar machen?
+
====Versuch: Kichererbsentransport====
 +
;Aufbau
 +
[[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!
  
−
3) Erkläre mit Text und Bild wie eine Schallplatte funktioniert.
+
Wir arbeiten zusammen und schauen, wie schnell wir die Erbsen transportieren können.
 +
<br style="clear: both" />
  
−
4) Was macht man bei einer Pendeluhr, wenn sie ständig vor geht?
+
;Messwerte und Auswertung
 +
In diese leere Tabelle schreiben wir unsere Ergebnisse:
 +
{|class="wikitable" style="text-align: center"
 +
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
Erbsen-<br>beladung
 +
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
Zeit-<br>spanne
 +
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
Personen-<br>anzahl
 +
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
Erbsen-<br>anzahl
 +
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
Personen-<br>stromstärke
 +
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
Erbsen-<br>stromstärke
 +
|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
<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 "|
 +
|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 "|
 +
|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 "|
 +
|-
 +
|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 "|
 +
.
 +
|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 "|
 +
|}
  
−
5) Ein Ton hat eine Frequenz von 100 Hz, ein anderer von 500 Hz. Wie unterscheiden sich die beiden Töne, wenn du sie hörst?
+
Ob wir uns bei den Erbsen verzählt haben, kann man leicht überprüfen. Die Personenanzahl multipliziert mit der Erbsenbeladung muss die Erbsenanzahl ergeben!
  
−
6) Erkläre den Begriff "Amplitude" an einem Beispiel.
+
Die Stromstärken berechnen sich als Personen pro Zeit und als Erbsen pro Zeit.
  
−
7) Ein Pendel schwingt mit einer Amplitude von 10cm und einer Periodendauer von 0,5 Sekunden. Erkläre mit Hilfe einer Zeichnung und einem Text was das bedeutet.
+
Man bemerkt, dass man die Erbsenstromstärke auch mit Hilfe der Personenstromstärke ausrechnen kann. Dazu muss man nur die Personenstromstärke mit der Beladung multiplizieren!
  
−
8) Mit einer verrußten Glasplatte wird die Schwingung einer Stimmgabel aufgezeichnet.
 
−
::Mit welcher Amplitude und mit welcher Frequenz schwingt die Stimmgabel?
 
−
:::[[Datei:Aufgabe Wellenlinien Amplitude Frequenz Ton.png|thumb|407px|none|Die Wellenlinie der Stimmgabel.]]
 
−
::Danach ändert man den Versuch zweimal ab und erzeugt zwei andere Wellenlininen.
 
−
::Wie verändert sich der hörbare Ton gegenüber dem ersten Versuch?
 
−
::Wie hat man wohl die anderen Wellenlinien erzeugt?
 
−
:::[[Datei:Aufgabe Wellenlinien Amplitude Frequenz Ton1.png|thumb|407px|none|Die erste Veränderung.]]
 
−
:::[[Datei:Aufgabe Wellenlinien Amplitude Frequenz Ton2.png|thumb|407px|none|Die zweite Veränderung.]]
 
  
−
9) Ein Lautsprecher erzeugt zunächst einen leisen, hohen Ton. Dann werden die Einstellungen am angeschlossenen Sinusgenerator verändert und der Ton ist lauter. Was wurde verändert?
 
  
−
10) a) Zeichne mit roter Farbe in ein Koordinatensystem die Wellenlinie einer Schwingung mit einer Amplitude von 3cm und einer Periodendauer von 0,2 Sekunden.
 
−
:b) Zeichne dann mit blauer Farbe die Wellenline der Schwingung mit doppelter Frequenz aber halber Amplitude ein.
 
  
−
11) Auf den Bildern siehst du die Aufzeichnungen verschiedener Klänge und Geräusche. Schreibe darunter wie der Klang / das Geräusch erzeugt worden ist.
 
−
<gallery widths=200px heights150px  perrow=3 >
 
−
Bild:Stimmgabel Oszilloskop.jpg|
 
−
Bild:Knall.jpg|
 
−
Bild:Stimmgabel Überlagerung.jpg|
 
−
Bild:U.jpg
 
−
Bild:A.jpg
 
−
Bild:E.jpg
 
−
Bild:I.jpg
 
−
Bild:O.jpg
 
−
</gallery>
 
  
−
====Schallausbreitung====
 
−
'''1)''' Warum kann man im Weltall nichts hören? Beschreibe den Versuch, den wir dazu im Unterricht gemacht haben.
 
  
−
'''2)''' Dein Nachbar spielt drei Stockwerke über dir Klavier. Du hörst es laut und deutlich, auch wenn die Fenster geschlossen sind. Woran liegt das? Auch dazu haben wir ein Experiment gemacht. Beschreibe es.
 
  
−
'''3)''' Mache mehrere Zeichnungen von einer Spiralfeder, die zeigen, wie sich der Schall ausbreitet.
 
  
−
'''4)''' Der Schall hat eine Geschwindigkeit von ca. 340 m/s. Ist es dabei egal, ob der Schall laut/leise hoch oder tief ist? Woher weißt du das?
 
  
−
'''5)''' Zehn Sekunden nachdem du den Blitz siehst, kannst du den Donner hören. Wie weit ist das Gewitter entfernt? Rechne einmal mit der einfachen Gewitterregel und einmal mit der Schallgeschwindigkeit von 340 m/s.
 
  
−
'''6)''' Ein Gewitter ist zwei Kilometer entfernt. Welche Zeit vergeht zwischen dem Blitz und dem Donner?
 
  
−
'''7)''' Zur Messung der Schallgeschwindigkeit erzeugt eine Schülerin mit einer Startklappe einen lauten Knall.
 
−
:In einer Entfernung von 200m stehen 16 Schülerinnen und Schüler, die vorher alle ihre Stoppuhren gleichzeitig gestartet haben. die Hälfte steht mit dem Gesicht zur Klappe und stoppt die Uhr, wenn sie sehen, wie sich die Klappe schließt. Die andere Hälfte kann die Klappe nicht sehen und stoppt die Uhr, wenn sie den Knall hören.
 
−
Zeiten Klappe schließen sehen (in sec): 10,52 10,39 10,50 10,58 10,43 10,59 10,48 10,54
 
−
Zeiten Knall hören (in sec):            11,15 11,08 11,09 11,20 11,05 11,12 11,08 11,11
 
−
:Bestimme daraus den gemessenen Wert für die Schallgeschwindigkeit.
 
  
−
'''8)''' Bei einer Messung der Schallgeschwindigkeit mit einem Echo starten sechs Schüler:innen ihre Uhren gleichzeitig. Dann wird mit einer Klappe ein Knall erzeugt. Drei stoppen ihre Uhren, wenn sie sehen, wie der Knall erzeugt wird (sie hören ihn auch sofort). Drei stoppen ihre Uhren, wenn sie das Echo hören. Man folgende Messwerte:
 
−
Strecke vom Ausgangspunkt bis zur Wand: 55m
 
−
Zeiten Knall hören (in sec): 5,34 5,48 5,25
 
−
Zeiten Echo hören (in sec):  5,62 5,78 5,64
 
−
::Bestimme daraus den gemessenen Wert für die Schallgeschwindigkeit.
 
  
−
====Ohr und Lärm====
+
==Vergleich des Erbsentransports mit dem elektrischen Energietransport==
−
#Zeichne ein menschliches Ohr im Querschnitt und benenne die einzelnen Teile.
+
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:
−
#Erkläre wie das Hören des Ohres funktioniert.
+
 
−
#Schall der laut ist, muss nicht als Lärm empfunden werden und umgekehrt kann ganz leiser Schall sehr störend sein. Finde passende  Beispielsituationen.
+
*Die im Kreis laufenden Personen entsprechen der im Kreis fließenden Ladung: <math> \text{1 Person } \widehat{=} \text{ 1 Coulomb}</math>
−
#Antonia benutzt eine spezielle Pfeife, um ihren Hund zu rufen. Wenn sie hineinpustet hört sie nur ein leises Pfeifen, dann kommt er gleich angerannt, auch wenn er weit weg war. Antonias Opa dagegen hat von der Pfeife überhaupt nichts gehört. Erkläre!
+
*Die transportierten Erbsen entsprechen der transportierten Energie: <math> \text{1 Erbse } \widehat{=} \text{ 1 Joule}</math>
−
#Ein Schallpegelmessgerät misst die Lautstärke in einem Klassenzimmer zu 60db. Erkläre die Bedeutung des Messwertes, indem du erklärst was 0db sind und wieviel mal lauter 60db sind.
+
*Die Erbsenbeladung entspricht dem elektrischen Potential: <math> \text{1 Erbse pro Person } \widehat{=} \text{ 1 Joule pro Coulomb} = \text{1 Volt}</math>
−
#Ab welcher Lautstärke können Hörschäden auftreten?
+
 
−
#Warum ist es so leise, wenn Schnee gefallen ist?
+
Jetzt können wir die entsprechende Tabelle aufstellen:
−
#Mache je eine Zeichnung wie sich der Schall von einem sprechendem Menschen in einem Klassenzimmer ausbreitet:
+
 
−
##Ein Zimmer ohne Schalldämmung.
+
{|class="wikitable" style="text-align: center"
−
##Ein Zimmer mit Schalldämmung an der Decke.
+
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
−
##Ein Zimmer mit Schalldämmung an Decke und einer Wand.
+
Energie-<br>beladung
−
#Erkläre, warum man sich in einem Zimmer ohne Schalldämmung so schlecht unterhalten kann.
+
!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 "|
 +
<math>12\,\rm V = 12\,\rm \frac{J}{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 "|
 +
<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 "|
 +
<math>230\,\rm V = 230\,\rm \frac{J}{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 "|
 +
<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
 +
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
|}
 +
 
 +
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.

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.

Von „http://schulphysikwiki.de/index.php?title=*&oldid=17843“