ELEKTRIZITÄT

Ladungen 2 Arten Eigenschaft gleichnamige Ladungen: Abstossung ungleichnamige Ladungen: Anziehung positive Ladung: Glas mit Seide negative Ladung: Hartgummi mit Fell

Ladungen Messung: Elektroskop Funktionweise: Abstossung von gleichnamogen Ladungen

Bandgenerator (Van-de-Graaff-Generator) An der starken Bandkrümmung werden die Ladungen entnommen

Amperemeter wird in Serie geschaltet Elektrischer Strom Voraussetzung: Spannung und geschlossener Stromleiter Schaltbild Strommessgerät: Amperemeter Amperemeter im Stromkreis Amperemeter wird in Serie geschaltet

Stromarten Gleichstrom Wechselstrom + - + - technische physikalische Stromrichtung

Elektrische Spannung Spannungsquellen Zn 1. Zitronen-/Kartoffelbatterie Cu Zink, das unedlere Metall geht als Ion (Zn2+) in Lösung – im Metall bleiben Elektronen zurück – die Zinkionen nehmen Elektronen des Kupfermetalls auf -> Zn-Elektrode ist negativ und die Kupferelektrode ist positiv. Werden die beiden Elektroden verbunden, so fließen Elektronen vom Zn- zum Cu-Pol.

Elektrische Spannung Anmerkungen zur Batterie Batterie: Galvanisches Element Anode: + Pol Kathode: - Pol Anode, Kathode: Elektroden Lösung mit geladenen Atomen(Molekülen): Elektrolyt Kation: Ion (+) wandert zur Kathode Anion: Ion (-) wandert zur Anode Beispiel: Salz im Wasser NaCL -> Na+ Cl- Klassische Batterie: Zink – Kohle –Batterie Elektroden: Zink, Manganoxid (Braunstein) verschiedene Elektrolyte

Elektrische Spannung Anmerkungen zur Batterie Wiederaufladbare Batterien: Akkumulator Beispiel: Lithium-Batterien Batteriearten

Experimente: U, I, R, W

Experiment: U messen V

Experiment: U messen V

Experiment: U messen V Spannungsmessgerät: Voltmeter Das Spannungsmessgerät wird parallel geschaltet Einheit: Volt

Experiment: I messen I

Experiment: I messen I

Experiment: I messen I Strommessgerät: Amperemeter Das Strommessgerät wird in Serie geschaltet Einheit: Ampere

R messen Widerstandsmessgerät: Ohmmeter

Zusammenhang: U, I, R I ~ U I ~ 1/R I = U/R U = I*R Das Ohm‘sche Gesetz Zusammenhang: U, I, R I ~ U I ~ 1/R I = U/R U = I*R

Schaltung von Ohm‘schen Widerständen 2 Arten U R1 R2 U R1 R2 Serienschaltung Parallelschaltung

R= (R1 + R2) Die Serienschaltung U = U1 + U2 U2 R= (R1 + R2) U = U1 + U2 = I(R1 + R2) Der Gesamtwiderstand ist die Summe der Teilwiderstände. I*R1 I*R2

Die Parallelschaltung Stromknoten Für Stromknoten gilt: Summe der zufließenden Ströme = Summe der ab- fließenden Ströme I = I1 + I2 I2 I U R1 R2 I1 U Stromknoten I = I1 + I2 = U(1/R1 + 1/R2) -> 1/R = 1/R1 + 1/R2 Der Kehrwert des Gesamtwiderstandes ist gleich der Summe der Kehrwerte der Einzelwiderstände U/R1 U/R2

Serienschaltung (Experiment) _500__Ω___ __329__Ω___ U = ___18,7_V__ I = __0,022_A__ Rgesamt, gemessen = __829__Ω___ Rgesamt, berechnet = __829_Ω____ Der Gesamtwiderstand ist größer als die Einzelwiderstände!!! Anwendung: __Schaltung von Elektrogeräten (Beleuchtungskörper) – Nachteil!__

Parallelschaltung (Experiment) __330__Ω___ __500__Ω__ U = __10,5__V___ I = __0.05_A__ I1 = __0,03_A__ I2 = __0,02_A__ Rgesamt, gemessen = ___830____ Rgesamt, berechnet = ___198____ Der Gesamtwiderstand ist kleiner als die Einzelwiderstände!!! Anwendung: Schaltung von Elektrogeräten (Beleuchtungskörper)

R berechnet = ___________ I = ____4,5_A___ Beispiel Glühbirne U = ___250 __V__ R berechnet = ___________ I = ____4,5_A___ Bei höherer Temperatur ist der elektr. Widerstand größer! R gemessen = __110_Ω___

Kirchhoff‘sche Regeln U R1 R2 I1 I = I1 + I2 In jedem Knotenpunkt eines Stromkreises ist die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme. (1. Kirchhoff‘sche Regel)

Kirchhoff‘sche Regeln U = U1 U2 U1 0 = U1 + U2 + U3 R2 R1 U = U2 + U3 U U3 R3 In einer Masche ist die Summe der Spannungen, die die Spannungsquellen liefern, gleich der Summe der Spannungsabfälle. (2. Kirchhoff‘sche Regel)

Beispiel1 Lösung: Rges = R1 + R2 + R3 = 100 + 200 + 300 = 600 Ω

Beispiel2 U R1=100 Ω R2=100 Ω R3=100 Ω Lösung: 1/Rges = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 = 1/100 + 1/100 + 1/100 = 3/100 Ω => Rges = 100/3 Ω

Beispiel3 R1=100 Ω Serienschaltung R2=200 Ω R3=200 Ω Parallelschaltung Lösung: 1/R23 = 1/R2 + 1/R3 = 1/200 + 1/200 = 1/100 => R23 = 100 Ω Rges = R1 + R23 = 100 + 100 = 200 Ω

Elektrische Energie(Arbeit) - Leistung Glühbirne P = U * I Einheit: Watt (W) P = W / t W = U * I * t U = ___250 __V__ Einheit: Ws =J 1kWh = 1000 . 3600 Ws = = 3,6 106 Ws oder J I = ____0,45_A__ Rgemessen = __110_Ω__

Elektrische Energie(Arbeit) - Leistung Welche Leistung hat die Glühbirne? Glühbirne P = U * I = 250 V * 0,45 A = 112,5 W Welche Energie wird in 10 Stunden verbraucht? U = ___250 _V_ = 250 V * 0,45 A*10h = = 1125 Wh = 1,125 kWh W = U * I * t I = ____0,45_A_ Rgemessen = _110_Ω_ Welche Kosten entstehen dabei? 1 kWh kostet etwa 15 c => K = 16,9 c

Elektrischer Strom im Alltag Gleichstrom: direct current DC = Wechselstrom: alternating current AC ~ Haushalt: 230V~ 400V~ (Kraftstrom, Drehstrom) Autobatterie: 12V= (-> Lichtmaschine)

Die Steckdose V: 230 V ~ I: 10A (kurzzeitig 16A) SCHUKO-Steckdose Sicherheits-/Rasier-Steckdose

Der Kraftstromstecker V: 400 V ~ I: 16A (kurzzeitig: 32A) Anschlüsse: 3 Phasenleiter 1 Neutralleiter 1 Nulleiter (Erdung)

Anschlüsse einer Steckdose Neutralleiter Phasenleiter Nulleiter (Erdung) Phasenprüfer

Gefahren beim Umgang mit elektrischem Strom Batterien: Gleichstrom -> Brandgefahr im Gepäck Auto: elektrische Anlage (12V=) -> hohe Ströme -> Kabelbrand bei Kurzschluss Haushaltsspannungen sind lebensgefährlich! Zugoberleitungen

Auswirkungen - Hilfe 1mA Stromschlag 10mA Schmerzempfindung – Muskelkontraktion >80mA Atmungslähmung – Herzrythmusstörungen Strom abschalten Notarzt -> 144 Erste-Hilfe-Maßnahmen