Aufgaben zum Wasserstromkreis - Lösungen: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 29. März 2025, 15:03 Uhr

1) Vergleich von Wasserstromkreis und elektrischem Stromkreis

Ordne die Begriffe an die richtige Stelle der Tabelle. (Es können auch mehrere Begriffe an der gleichen Stelle richtig sein.)

Elektrizität, Batterie, Wasserrad, Netzgerät, elektrische Ladung, Solarzelle, Schalter, Schlauch, Dynamo (Generator)

2) Schaltpläne zeichnen

In der Abbildung sind die Schaltpläne eines Wasserstromkreises und eines elektrischen Stromkreises gezeichnet, die einander entsprechen.

Zeichne zu den gegebenen Schaltplänen den jeweils entsprechenden Wasserstromkreis, bzw. den entsprechenden elektrischen Stromkreis. (Das ist auch mit Hilfe von Geogebra möglich.)

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  a)

• 

  b)

• 

  c)

• 

  d)

• 

  a)

• 

  b)

• 

  c)

• 

  d)

3) Stromrichtung

Kennzeichne in den Schaltplänen von Aufgabe 2) die Stromrichtung des Wassers, bzw. des elektrischen Stroms mit Pfeilen.^[1]

• 

  a)

• 

  b)

• 

  c)

• 

  d)

4) An- und Ausschalten

In den Stromkreisen von Aufgabe 2) werden alle Hähne geöffnet und alle Schalter geschlossen. Dann wird die Pumpe angeschaltet, bzw. die Batterie angeschlossen.

Welche Lampe, bzw. welches Wasserrädchen, geht in den verschiedenen Stromkreisen zuerst an, welche später? Begründe deine Antwort.

In allen Fällen gehen immer alle Lämpchen gleichzeitig an und alle Wasserrädchen fangen gleichzeitig an sich zu drehen!
Bei den Wasserstromkreisen sind nämlich alle Schläuche immer mit Wasser gefüllt, schaltet man die Pumpe an, so bewegt sich im gesamten Stromkreis das Wasser.
Auch bei einem elektrischen Stromkreis sind alle Kabel und Lämpchen mit elektrischer Ladung ("Elektrizität") gefüllt. Schaltet man die Batterie an oder schließt den Stromkreis, so fließt im gesamten Stromkreis die Ladung ("Elektrizität") sofort!

5) schnell und langsam, hell und dunkel

Alle Lämpchen der Stromkreise von Aufgabe 2) sind gleich gebaut, ebenso sind alle Wasserrädchen von gleicher Bauweise.
Welche Lampe aus den oberen Stromkreisen brennt hell, welche weniger? Welche Rädchen drehen sich schnell, welche langsam. Begründe deine Antworten.

• 

  a) Es gibt nur einen geschlossenen Stromkreis. An jeder Stelle muss daher gleich viel Wasser fließen und alle drei Rädchen drehen sich gleich schnell.

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  b) Wenn sich der Stromkreis teilt, muss sich auch die Wassermenge aufteilen. Weil beide Teile gleich aufgebaut sind, fließt in beiden Teilen die Hälfte des Wassers. Rädchen A und B drehen sich also nur halb so schnell wie Rädchen C.

• 

  c) Hier teilt sich der Strom in zwei Hälften und fließt wieder zusammen. Durch Lämpchen A fließt daher doppelt so viel Strom wie durch die Lämpchen B und C. Lämpchen A leuchtet daher heller als B und C.

• 

  d) Hier teilt sich der Strom und fließt wieder zusammen. Durch Lämpchen F fließt der gesamte Strom, es brennt am hellsten. Die Lämpchen C, D und E bremsen den Strom stärker als die beiden Lampen A und B. Deswegen fließt durch C, D und E weniger Strom, sie leuchten dunkler als A und B.^[2]

6) Schalter und Wasserhähne

Beschreibe für die Stromkreise 2a), 2c) und 2d) was passiert, wenn man die unterschiedlichen Schalter / Wasserhähne schließt oder öffnet.

Dabei bedeutet die 1: Strom kann fließen und die 0: Strom kann nicht fließen.

a) Schalter1 LampeA LampeB LampeC
      0         0      0      0
      1         1      1      1

c) Schalter1 Schalter2 LampeA LampeB LampeC
      0         0         0      0      0
      1         1         1      1      1
      0         1         1      1      0
      1         0         0      0      0

c) Schalter1 Schalter2 LampeA LampeB LampeC LampeC LampeD LampeE LampeF
      0         0         0      0      0      0      0      0      0
      1         1         1      1      1      1      1      1      1
      0         1         0      0      0      0      0      0      0
      1         0         0      0      0      1      1      1      1

Fußnoten

1. Hochspringen ↑ Mit der elektrischen Stromrichtung ist die Transportrichtung der positiven Ladung gemeint. Sie verläuft immer von Plus zu Minus, auch wenn sich in einem metallenen Kabel negative Ladungen von Minus nach Plus bewegen.
2. Hochspringen ↑ Zusätzlich spielt der Potentialabfall (die Spannung) an den Lämpchen C, D, E und A, B eine Rolle. Dadurch verstärkt sich der Effekt und C, D, E leuchten noch weniger hell als alleine durch die Erklärung mit der Stromstärke.