elektrische Kenngrößen
8. Klasse
elektrischer Strom und elektrische Ladung
Datum:
Name: M 4
Verfasser: M.Kowalczyk
___________elektrische Spannung und elektrische Stromstärke_______________
Elektrische Stromkreise funktionieren, wenn sie korrekt geschaltet sind, meist recht zuverlässig und dennoch kann nicht jeder Stromkreis mit seinen Bauteilen in allen Lebensbereichen genutzt werden. Schaltungen, die im Haushalt funktionieren, würden in industriellen Anlagen höchstwahrscheinlich sehr schnell kaputt gehen oder für sehr kostenintensive Störungen sorgen.
Aus diesem Grund gibt es für jedes elektrische Bauteil eine sogenannte
„Betriebsspannung“. Diese gibt an bei welcher elektrischen Spannung dieses Bauteil optimal funktioniert.
Neben der Betriebsspannung gibt es für die meisten elektrischen Bauteile auch eine minimale und eine maximale elektrische Stromstärke, die für eine gute Funktionsfähigkeit nicht unterschritten bzw. überschritten werden darf.
Diese beiden physikalischen Größen bilden zusammen mit der elektrischen Ladung die Grundlage für die Berechnungen in der Elektrostatik.
Tabelle 1: physikalische Größen in der Elektrostatik
elektr. Ladung elektr. Stromstärke elektr. Spannung
Formelzeichen Q I U
Einheit Coulomb (1 C) Ampere (1 A) Volt (1 V)
Definition Die elektrische Ladung eines Körpers gibt an,
wie groß der
Elektronen-mangel
oder der
Elektronenüber-schuss eines Körpers ist.
Die elektrische Stromstärke steht für die Anzahl der elektrischen Ladungen, die in einer bestimmten Zeit durch den Querschnitt eines elektrischen Leiters fließen.
Die elektrische Spannung entspricht der Fähigkeit einer elektrischen Quelle einen Stromfluss in einem Stromkreis aufrecht zu erhalten.
Sie ist die Triebkraft der elektr. Ladungen.
____Messgeräte für die elektr. Stromstärke und die elektr. Spannung__________
Um bei selbstgebauten Stromkreisen zu kontrollieren, ob die Grenzwerte für die elektrische Spannung und die elektrische Stromstärke eingehalten wird und auch aus anderen sicherheitsrelevanten Gründen, werden Messungen durchgeführt. Zur Messung der elektrischen Stromstärke wird ein Amperemeter und zur Messung der elektrischen Spannung ein Voltmeter verwendet. In den meisten Fällen, wie auch in der Schule, wird ein Kombinationsmessgerät benutzt, das beide Kenngrößen messen kann, es heißt Multimeter.
__________________korrekte Schaltung von Messgeräten___________________
Für die jeweilige Messung müssen sowohl die einzelnen Messgeräte als auch das Kombinationsmessgerät richtig in den Stromkreis integriert werden. Um die elektrische Stromstärke, die an einem Bauteil anliegt, messen zu können muss das Messgerät in Reihe zu diesem Bauteil geschaltet werden (Reihenschaltung). Zur Messung der elektrischen Spannung, die an einem Bauteil anliegt, muss das Messgerät parallel zu diesem Bauteil geschaltet werden.
Abbildung 1: Messung von elektrischer Stromstärke (links) und elektrischer Spannung (rechts) in einem einfachen Stromkreis mit einem Energieumwandler
A
V
elektrische Kenngrößen
8. Klasse
elektrischer Strom und elektrische Ladung
Datum:
Name: M 4
Verfasser: M.Kowalczyk
Aufgaben:
1. Finde passende Teilüberschriften! (siehe Beispiele über den Absätzen)
2. Finde in deiner Formelsammlung/deinem Tafelwerk die Formelzeichen und Basiseinheiten für die elektrischen Größen Ladung, Stromstärke und Spannung!
„DUDEN – Formeln und Werte“ Seite 45
„Cornelsen – Das neue Tafelwerk“ Seite 48
3. Fülle die Tabelle eins komplett aus! (Hinweis: Die Definitionen müssen mithilfe von Physikbüchern, Duden oder Internet recherchiert werden.)
(siehe Tabelle eins)
4. Zeichne in Abbildung eins jeweils einen Schaltplan zu einem einfachen elektrischen Stromkreis mit einem Energieumwandler (z.B. einer Glühlampe), wobei im linken Schaltplan das Amperemeter zur Messung der elektrischen Stromstärke und im rechten Schaltplan das Voltmeter zur Messung der elektrischen Spannung korrekt eingezeichnet ist! (siehe Abbildung eins)
5. Ordne die folgenden Werte den physikalischen Größen in Tabelle 2 zu!
5 A; 0,3 C; 1 mV; 20 kV; 0,05 MA; 2000 nC; 300 mC; 220 V; 313 µA; 17 pV; 0,001 GA
(siehe zweite Zeile in Tabelle zwei)
6. Sortiere die Werte in Tabelle zwei jeweils von klein nach groß!
(siehe dritte Zeile in Tabelle zwei)
7. Rechne alle Werte in die Basiseinheiten der jeweiligen physikalischen Größen um!
(Hinweis: die kleinen oder großen Buchstaben vor dem Einheitensymbol sind
„Vorsätze für Maßeinheiten“, diese findest du auch in deiner Formelsammlung/
deinem Tafelwerk.) (siehe vierte Zeile in Tabelle zwei)
Tabelle 2: Zuordnung von Werten zu physikalischen Größen elektr. Ladung elektr.
Stromstärke
elektr. Spannung
zugeordnet (Aufgabe 5)
0,3 C; 2000 nC;
300 mC
5 A; 0,05 MA;
313 µA; 0,001 GA
1 mV; 20 kV;
220 V; 17 pV
sortiert
(Aufgabe 6) 2000 nC 300 mC = 0,3 C
313 µA 5 A 0,05 MA 0,001 GA
17 pV 1 mV 220 V 20 kV in Basisein-
heiten umgerechnet
(Aufgabe 7)
2000 nC = 0,000002 C 300 mC = 0,3 C
313 µA = 0,00313 A 5 A 0,05 MA =50000 A 0,001 GA = 1000000 A
17 pV = 0,000000000017 V
1 mV = 0,001 V 220 V 20 kV = 20000 V
