8. Klasse elektrischer Strom und elektrische Ladung

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Gesetzmäßigkeiten in verzweigten und unverzweigten Stromkreisen

8. Klasse

elektrischer Strom und elektrische Ladung

Datum:

Name: M 5

Verfasser: M.Kowalczyk

_______________Messungen in (un-)verzweigten Stromkreisen_______________

Um den Umgang mit den Messgeräten für die elektrische Stromstärke und die elektrische Spannung zu verinnerlichen, werden Messreihen aufgenommen. Bei diesen Messreihen werden mithilfe eines Amperemeters die elektrischen Stromstärken an drei Stellen eines Stromkreises gemessen und mithilfe eines Voltmeters die elektrischen Spannungen an den gleichen drei Stellen des Stromkreises gemessen.

Der Stromkreis besteht aus einer Spannungsquelle und zwei Energieumwandlern (z.B. zwei Glühbirnen). Es werden jeweils an der Spannungsquelle (Messstelle 0) und jeweils an beiden Energieumwandlern (Messstelle 1 und Messstelle 2) die Messungen durchgeführt.

Dabei gibt es zwei verschiedene Versuchsaufbauten:

I Die beiden Energieumwandler werden ohne Verzweigungen direkt hintereinander geschaltet. (Reihenschaltung – unverzweigter Stromkreis)

II Die beiden Energieumwandler werden mit Verzweigung parallel zueinander geschaltet. (Parallelschaltung – verzweigter Stromkreis)

Abb. 1: Darstellung der genutzten Stromkreise - unverzweigt (I) auf der links und verzweigten (II) rechts – und den drei Messtellen (0, 1 und 2)

Für die Messungen wurden die Amperemeter jeweils in Reihe zur Spannungsquelle (Messstelle 0) und den Energieumwandlern (Messstellen 1 und 2) und die Voltmeter parallel zur Spannungsquelle (Messstelle 0) und den Energieumwandlern (Messstellen 1 und 2) geschaltet.

In den folgenden Tabellen sind die Messwerte des Versuches aufgeführt:

Tabelle 1: Messwerte für die Stromstärke an den drei verschiedenen Messstellen in der Einheit Milliampere ( 1 mA).

Stromstärke I II

Messstelle 0 120 mA 120 mA

Tabelle 2: Messwerte für die Spannung an den drei verschiedenen Messstellen in der Einheit Volt ( 1 V).

Spannung I II

Messstelle 0 12 V 12 V

Messstelle 1 6,6 V 12 V

Messstelle 2 5,4 V 12 V

Anhand der hier aufgeführten Messreihen können „Gesetzmäßigkeiten“

(feste Regeln) für die elektrischen Kenngrößen in verzweigten und unverzweigten Stromkreisen abgeleitet werden. Dazu muss man sich jeweils die drei Messwerte einer Kenngröße in einem Stromkreis genau anschauen. Beispielsweise kann man erkennen, dass im unverzweigten Stromkreis an allen Messstellen die gleiche elektrische Stromstärke gemessen wurde.

1 1 0

2

0

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8. Klasse

elektrischer Strom und elektrische Ladung

Datum:

Name: M 5

Aufgaben:

1. Übernehme die Schaltpläne (I) und (II) jeweils zwei Mal in deinen Hefter!

2. Ergänze in deinen Schaltplänen (I) und (II) die Schaltzeichen für die Amperemeter an den drei Messstellen (0, 1 und 2)!

3. Ergänze in deinen Schaltplänen (I) und (II) die Schaltzeichen für die Voltmeter an den drei Messstellen (0, 1 und 2)!

4. Betrachte die Messwerte in den Tabellen ganz genau und nenne die Auffälligkeiten!

nachfolgend sind die einfachsten Auffälligkeiten genannt:

- die Werte für die elektr. Stromstärke sind im ersten Stromkreis überall gleich - die Werte für die elektr. Stromstärke sind im zweiten Stromkreis überall unterschiedlich

- die Werte für die elektr. Spannung sind im ersten Stromkreis überall unterschiedlich

- die Werte für die elektr. Spannung sind im zweiten Stromkreis überall gleich

5. Schreibe mithilfe der „Satzbausteine“ Gesetzmäßigkeiten (feste Regeln) für die Messungen von elektrischen Kenngrößen (elektrische Stromstärke und elektrische Spannung) im unverzweigten und verzweigten Stromkreis in deinen Hefter!

In einem unverzweigten Stromkreis ist die elektrische Stromstärke an allen Messstellen gleich groß.

In einem verzweigten Stromkreis entspricht die elektrische Stromstärke an der Spannungsquelle (also die Gesamtstromstärke) der Summe aller Teilstromstärken.

In einem unverzweigten Stromkreis entspricht die elektrische Spannung an der Spannungsquelle (also die Gesamtspannung) der Summe aller Teilspannungen.

In einem verzweigten Stromkreis ist die elektrische Spannung an allen Messstellen gleich groß.

6. Berechne die jeweils fehlenden Werte in den folgenden drei Stromkreisen! (Es wird ein kompletter Rechenweg inklusive „gegeben“, „gesucht“ und „Antwortsatz“

erwartet.)

6a) geg.: 𝑼 = 𝟔 𝑽 ges.: U1 in V 𝑼_𝟐= 𝟒, 𝟐 𝑽

Rechnung: 𝐔 = 𝐔_𝟏+ 𝐔_𝟐 𝐔_𝟏= 𝐔 − 𝐔_𝟐 𝐔_𝟏= 𝟔 𝐕 − 𝟒, 𝟐 𝐕 𝐔_𝟏= 𝟏, 𝟖 𝐕

Antwort: Die elektrische Spannung am ersten Energieumwandler beträgt 1,8 Volt.

6b) geg.: 𝑰 = 𝟒𝟎𝟎 𝒎𝑨 ges.: I2 in mA 𝑰𝟏= 𝟓𝟐 𝒎𝑨

Rechnung: 𝐈 = 𝐈_𝟏+ 𝐈_𝟐 𝐈_𝟐= 𝐈 − 𝐔_𝟏

𝐈𝟐= 𝟒𝟎𝟎 𝐦𝐀 − 𝟓𝟐 𝐦𝐀 𝐈_𝟐= 𝟑𝟒𝟖 𝐦𝐀

Antwort: Die elektrische Stromstärke am zweiten Energieumwandler beträgt 348 Milliampere.

A A

A

A A A

V

V V

V V V

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elektrischer Strom und elektrische Ladung

Datum:

Name: M 5

6c) geg.: 𝑼 = 𝟕, 𝟔 𝑽 ges.: U1 & U2 in V Rechnung: 𝐔 = 𝐔_𝟏= 𝐔_𝟐

𝐔 = 𝟕, 𝟔 𝐕 = 𝐔_𝟏= 𝐔_𝟐

𝐔_𝟏= 𝟏, 𝟖 𝐕

Antwort: Die elektrische Spannung am ersten und am zweiten Energieumwandler beträgt jeweils 7,6 Volt.