Gesamtwiderstand / Spannung /Stromstärke in Serien- undParallelschaltungen Stundenprotokoll

Stundenprotokoll

15. Oktober 2007 Physik LK Bastgen Themen:

- Gesamtwiderstand / Spannung / Stromstärke in Serien- und Parallelschaltungen

- Kirchhoff’sche Gesetze

- Übersicht der Physik-Nobelpreisträger

© Till Peter

Gesamtwiderstand / Spannung / Stromstärke in Serien- und

Parallelschaltungen

Als Hausaufgabe haben wir die Aufgabe 4 auf Seite 203 unseres Buches gelöst.

Der Aufgabenteil E wird hier als Musteraufgabe durchgerechnet:

S. 203; Nr. 4 e); Teil E Skizze:

äquivalent:

gesucht: - Gesamtwiderstand

- Spannungen an R1, R2, R3, R4

- durch R1, R2, R3, R4 fließende Stromstärken gegeben: - Uges = 24V

- R1 = 10

- R2 = 20

- R3 = 50

- R4 = 100

Lösung: i) Berechnung des Gesamtwiderstandes:

Um den Gesamtwiderstand zu berechnen, stellen wir uns die Schaltung als eine Reihenschaltung aus zwei

Parallelschaltungen vor.

Die erste Parallelschaltung soll den Gesamtwiderstand Rges1 und die zweite Rges2 haben.

Dann gilt:

*) ^{Rges  Rges1Rges2}

Rges1 ist der Gesamtwiderstand, der durch die Parallelschaltung von R1 und R2 entsteht.

Also:

2 1 1 1 1

2 1 1 1 1

1 1

R R R

R R R

ges ges











Rges2 ist der Gesamtwiderstand, der durch R3 und R4 entsteht:

4 1 3 1 1

4 1 3 1 1

2 2

R R R

R R R

ges ges











Nach *) folgt:

4 1 3 1

1 2

1 1 1

1

R R R R R_ges









ii) Berechnung der Spannungen:

Zunächst berechnen wir Iges folgendermaßen:

ges ges

ges I

R U

I U R











R U I

Mit derselben Formel berechnen wir nun die Spannungen an den beiden Parallelschaltungen (Rges1 und Rges2

)

2 2

1 1

ges ges ges

ges ges ges

R I U

R I U

R I U

I R U





















Wir wissen auf Grund der Parallelschaltung aus R1 und R2:

2

1 U1 U

U_ges  

Parallel dazu wissen wir auf Grund der Parallelschaltung aus R3 und R4:

4

2 U3 U

U_ges  

iii) Berechnung der Stromstärken:

Dazu formen wir wieder die Formel ^R I

U  um und benutzen sie für die jeweiligen Widerstände, wobei wir beachten, dass auf Grund der Reihenschaltung beider Parallelschaltungen R1 und R2 mit einer anderen Spannung als R3 und R4 versorgt werden. Denn beide

Parallelschaltungen liegen wie bereits berechnet an unterschiedlichen Spannungen (Uges1

und U

)

4 4 ges2

3 3 ges2

2 2 ges1

1 1 ges1

U U U U

R I R I R I R I R I U I R U























Ergebnis: Rges1 = 20/3  6.7

Rges2 = 100/3  33

Rges = 40

Iges = 0,6A

Uges1 = U1 = U2 = 4V Uges2 = U3 = U4 = 20V I1 = 0.4A

I2 = 0.2A I3 = 0.4A I4 = 0.2A

Kirchhoff’sche Gesetze

Wir haben folgende Regeln kennengelernt:

KNOTENREGEL

Die Summe der in einen Knoten fließenden Ströme ist gleich der Summe der aus einem Knoten fließenden Ströme.

I1 + I2 + I3 + I4 = 0

∆I = 0

MASCHENREGEL

Die Summe aller Spannungen in einer Masche ist null.

U0 + U1 + U2 + U3 = 0

Übersicht der Physik-Nobelpreisträger

Peter Grünberg (Deutschland, *1939) hat durch seine Entdeckung des Riesenmagnetwiderstands (GMR) ermöglicht, den Speicherplatz auf Festplatten um ein Vielfaches zu erhöhen, indem er die Datendichte vergrößert hat.

Durch Einfügen einer Chromschicht in den Festplattenkopf trennte er diesen in zwei Eisenschichten. Die entscheidende Entdeckung lag darin, dass durch Anlegen eines Magnetfeldes unerwartet zwei entgegengesetzte Magnetfelder der beiden Eisenschichten entstehen. Dadurch ist der

elektrische Widerstand verdoppelt, sobald ein Magnetfeld anliegt und ein empfindlicheres Lesen der Daten möglich.

Dieser verliehene Nobelpreis war ein Anlass, eine Übersicht über die übrigen zu suchen.

Folgende Übersicht stammt von der Internetseite:

http://userpage.chemie.fu-berlin.de/diverse/bib/nobel_physik.html Die Jahre, in denen Nobelpreise u.a. an Deutsche gehen, habe ich grün hervorgehoben.

Physik-Nobelpreise

(Informationen fragmentarisch, nicht geprüft) 1901

W. C. Röntgen (Deutschland, 1845-03-27 - 1923-02-10) Entdeckung der Röntgenstrahlen (X-Strahlen)

1902

Hendrik A. Lorentz (Niederlande, 1853-07-18 - 1929-02-04) Pieter Zeeman (Niederlande, 1865-05-25 - 1943-10-09) 1903

Henri A. Becquerel (Frankreich, 1852-12-15 - 1908-08-25) Marie Curie (Frankreich, Polen, 1867-11-07 - 1934-07-04) Pierre Curie (Frankreich, 1859-05-15 - 1906-04-19) Entdeckung der Radioaktivität

1904

Lord Rayleigh (Großbritannien) 1905

Philipp E. Lenard (Deutschland, 1862-06-07 - 1947-05-20) 1906

Joseph J. Thomson (Großbritannien, 1856-12-18 - 1940-04-30) Elektrizitätsleitung in Gasen

1907

Albert A. Michelson (USA, 1852-12-19 - 1931-05-09)

Messung der Lichtgeschwindigkeit 1908

G. Lippmann (Frankreich) 1909

Karl Ferdinand Braun (Deutschland, 1850-06-06 - 1918-04-20) Guglielmo Marconi (Italien, 1874-04-25 - 1937-07-20)

1910

Johann D. van der Waals (Niederlande, 1837-11-23 - 1923-03-07) Molekularkräfte

1911

Wilhelm Wien (Deutschland, 1864-01-13 - 1928-08-30) Wärmestrahlung

1912

G. Dalén (Schweden) 1913

H. Kamerlingh Onnes (Niederlande) 1914

Max von Laue (Deutschland, 1879-10-09 - 1960-04-24)

Beugung und Interferenz der Röntgenstrahlen durch die Atomanordnung der Kristalle (Laue-Diagramme)

1915

Sir William Henry Bragg (Großbritannien, 1862-07-02 - 1942-03-12) William Lawrence Bragg (Großbritannien, 1890-03-31 - 1971-07-01) Erforschung der Kristallstruktur mittels Röntgenspektroskopie

1916 - 1917

Ch. G. Barkia (Großbritannien) 1918

Max Planck (Deutschland, 1858-04-23 - 1947-10-04) Forschungen über Wärmelehre und Strahlung

1919

Johannes Stark (Deutschland, 1874-04-25 - 1957-06-21)

Aufspaltung von Spektrallinien im elektrischen Feld (Stark-Effekt) 1920

Ch. E. Guillaume (Schweiz) 1921

Albert Einstein (Deutschland, 1879-03-14 - 1955-04-18) Theorie des photoelektrischen Effekts (Lichtquantenhypothese) 1922

Niels Bohr (Dänemark, 1885-10-07 - 1962-11-18) quantentheoretisches Atommodell

1923

Robert A. Millikan (USA, 1868-03-22 - 1953-12-19) Messung der Ladung des Elektrons

1924

Karl M. G. Siegbahn (Schweden, 1886 - 1978) 1925

James Franck (Deutschland, 1882-08-20 - 1964-05-21) Gustav Hertz (Deutschland, 1887-07-21 - 1975-10-30)

Arbeiten über Atom- und Quantentheorie (Anregungs- und Ionisierungsspektren verdünnter Gase)

1926

Jean B. Perrin (Frankreich, 1870-09-30 - 1942-04-17) Arbeiten über die diskontinuierliche Struktur der Materie 1927

Arthur H. Compton (USA)

Ch. Th. R. Wilson (Großbritannien) 1928

O. W. Richardson (Großbritannien) 1929

Prinz Louis Victor de Broglie (Frankreich, 1892-08-15 - 1987-03-19) Forschungen über Wellenmechanik

1930

Sir Ch. V. Raman (Indien, 1888-11-07 - 1970-11-21) Raman-Effekt bei der Lichtstreuung an Molekülen 1931 -

1932

Werner Heisenberg (Deutschland, 1901-12-05 - 1976-02-01) Quantentheorie

1933

Paul A. M. Dirac (Großbritannien, 1902-08-08 - 1984-10-21) Erwin Schrödinger (Österreich, 1887-08-12 - 1961-01-04) Quantentheorie, Wellenmechanik

1934 - 1935

James Chadwick (Großbritannien, 1891-10-20 - 1974-07-24) Entdeckung des Neutrons

1936

C. D. Anderson (USA) V. F. Heß (Österreich) 1937

C. J. Davisson (USA)

G. P. Thomson (Großbritannien) 1938

Enrico Fermi (Italien, 1901-09-29 - 1954-11-28)

Entdeckung der Kernumwandlung durch Bestrahlung mit Neutronen 1939

Ernest O. Lawrence (USA, 1901-08-08 - 1958-08-27) Erfindung des Cyclotrons

1940 - 1941 - 1942 - 1943

Otto Stern (USA, 1888-02-17 - 1969-08-18)

Molekularstrahlen, magnetische Eigenschaften des Protons 1944

Isidor I. Rabi (USA, 1898-07-29 - 1988-01-11)

Arbeiten über magnetische Eigenschaften der Atomkerne 1945

Wolfgang Pauli (Österreich, 1900-04-25 - 1958-12-15) quantenphysikalisches Pauli-Prinzip

1946

Percy W. Bridgman (USA) 1947

Sir Edward Victor Appleton (Großbritannien, 1892 - 1965) für die Erforschung der Ionosphäre (Appleton-Schichten) 1948

Patrick Maynard Stuart Blackett (Großbritannien, 1897 - 1974) für seine Entdeckungen auf dem Gebiet der Höhenstrahlung 1949

Hideki Yukawa(Japan, 1907-07-23 - 1981-09-09) Vorhersage der Existenz der Mesonen

1950

C. F. Powell (Großbritannien) 1951

Sir J. D. Cockcroft (Großbritannien) E. Th. S. Walton (Irland)

1952

Felix Bloch (USA, 1905-10-23 - 1983-09-10) Edward M. Purcell (USA, *1912-08-30)

Entwicklung neuer Präzisionsmethode des Kernmagnetismus (NMR) 1953

F. Zernike (Niederlande) 1954

Max Born (Großbritannien, Deutschland, 1882-12-11 - 1970-01-05) Walther Bothe (Deutschland, 1891-01-08 - 1957-02-08)

1955

P. Kusch (USA) W. E. Lamb (USA) 1956

John Bardeen (USA, 1908-05-23 - 1991-01-30) Walter H. Brattain (USA, 1902-02-10 - 1987-10-14) William Shockley (USA, *1910-02-13)

Entwicklung des Transistors 1957

T. D. Lee (China) Ch. N. Yang (China) 1958

I. M. Frank (Sowjetunion) I. J. Tamm (Sowjetunion)

P. A. Tscherenkow (Sowjetunion) 1959

O. Chamberlain (USA) E. Segre (USA, Italien) 1960

D. A. Glaser (USA) 1961

R. Hofstadter (USA)

Rudolf Mößbauer (Deutschland, *1929-01-29)

1962

L. D. Landau (Sowjetunion) 1963

Maria Goeppert-Mayer (USA, Deutschland) H. D. Jensen (Deutschland)

Eugene Paul Wigner (USA, Ungarn, 1902-02-17 - 1995-01-03) 1964

N. Bassow (Sowjetunion, *1922-12-14) A. Prochorow (Sowjetunion, *1916-07-11) Charles Townes (USA, *1915-07-28) Laser, Maser

1965

Richard P. Feynman (USA, 1918-05-11 - 1988-02-15) J. Schwinger (USA)

S. Tomonaga (Japan) 1966

A. Kastler (Frankreich) 1967

Hans A. Bethe (USA, Deutschland, *1906-07-02) Arbeiten zur Theorie der Kernreaktionen

1968

L. W. Alvarez (USA) 1969

M. Gell-Mann (USA) 1970

H. Alfvén (Schweden) L. Néel (Frankreich) 1971

D. Gabor (Großbritannien) 1972

John Bardeen (USA, 1908-05-23 - 1991-01-30) L. N. Cooper (USA)

J. R. Schrieffer (USA) Theorie der Supraleitung 1973

L. Esaki (Japan)

I. Giaever (USA, Norwegen) B. Josephson (Großbritannien) 1974

M. Ryle (Großbritannien) A. Hewish (Großbritannien) 1975

A. Bohr (Dänemark) B. Mottelson (Dänemark) J. Rainwater (USA) 1976

B. Richter (USA) S. Ting (USA) 1977

Ph. W. Anderson (USA)

J. v. Vleck (USA)

Neville F. Mott (Großbritannien, 1905-09-30 - 1996-08-08) 1978

P. L. Kapitza (Sowjetunion, 1894-06-26 - 1984-04-08) A. Penzias (USA)

R. Wilson (USA) 1979

Sheldon Lee Glashow (USA, *1932-12-05) Steven Weinberg (USA, *1933-05-03)

Vereinheitlichung der schwachen und der elektromagnetischen Wechselwirkung A. Salam (Pakistan)

1980

J. W. Cronin (USA) V. L. Fitch (USA) 1981

N. Bloembergen (USA) A. L. Schawlow (USA)

Kai Manne Siegbahn (Schweden, *1918-04-20) 1982

Kenneth G. Wilson (USA, *1936-06-08)

Theorie der Phasenübergänge und der kritischen Phänomene 1983

S. Chandrasekhar (USA)

William A. Fowler (USA, *1911-08-09)

Bedeutung von Kernreaktionen für die Entstehung chemischer Elemente im Weltall 1984

Carlo Rubbia (Italien, *1934)

Simon van der Meer (Niederlande, *1925-11-24) Grundlegende Arbeiten zur Teilchenphysik

1985

Klaus v. Klitzing (Deutschland, *1943-06-28) Entdeckung des Quanten-Hall-Effekts

1986

Ernst Ruska (Deutschland, 1906-12-25 - 1988-05-27) Gerd Binnig (Deutschland, *1947-07-20)

Heinrich Rohrer (Schweiz, *1933-06-06)

Elektronenmikroskop bzw. Raster-Tunnel-Mikroskop 1987

Johannes Georg Bednorz (Deutschland, *1950-05-16) Karl Alex Müller (Schweiz, *1927-04-20)

Hochtemperatur-Supraleiter 1988

Leon Max Lederman (USA) Melvin Schwartz (USA) Jack Steinberger (USA) 1989

Wolfgang Paul (Deutschland, *1913-08-10) Hans Georg Dehmelt (USA, Deutschland) Norman Foster Ramsey (USA, *1915-08-27) 1990

Jerome I. Friedman (USA, *1930-03-28) Henry W. Kendall (USA, *1926-12-09) Richard E. Taylor (Kanada, *1929-11-02)

Unelastische Streuung von Elektronen an Protonen und gebundenen Neutronen, Entwicklung des Quarksmodells

1991

Pierre-Gilles de Gennes (Frankreich, *1932)

Theoretische Beschreibung der Ordnungsprozesse von Flüssigkristallen, Polymeren, Magneten und Supraleitern

1992

Georges Charpak (Frankreich, *1924)

Erfindung von Detektoren zum Nachweis seltener Wechselwirkungen von elementaren Teilchen

1993

Russell A. Hulse (USA, *1950) Joseph Taylor jr. (USA, *1941) 1994

Bertram N. Brockhouse (Kanada) Clifford G. Shull (USA)

Arbeiten zu Neutronenstrahlen 1995

Martin L. Perl (USA, *1927)

für die Entdeckung des Tauons (Tau Leptons) Frederick Reines (USA, *1918)

für den Nachweis des Neutrinos 1996

David M. Lee (USA, *1931)

Douglas D. Osheroff (USA, *1945) Robert C. Richardson (USA, *1937)

für ihre Entdeckung der Suprafluidität in Helium-3 1997

Steven Chu (USA, *1948)

Claude Cohen-Tannoudji (Frankreich, *1933) William D. Phillips (USA, *1948)

für die Entwicklung von Methoden zum Kühlen und Einfangen von Atomen mit Laser-Licht

1998

Robert B. Laughlin (USA, *1950)

Horst L. Störmer (Deutschland/USA, *1949) Daniel C. Tsui (USA, *1939)

für die Entdeckung einer neuen Art von Quantenflüssigkeit mit fraktionell geladenen Anregungen (in starken magnetischen Feldern zusammenwirkende Elektronen, fraktioneller Quanten-Hall-Effekt)

1999

Gerardus 't Hooft (Niederlande, *1946) Martinus J.G. Veltman (Niederlande, *1931)

für ihre entscheidenden, die Quantenstruktur betreffenden Beiträge zur Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung in der Physik

2000

Zhores I. Alferov (Rußland, *1930)

Herbert Kroemer (Deutschland/USA, *1928)

für die Entwicklung von Halbleiterheterostrukturen für Hochgeschwindigkeits- und Optoelektronik

Jack S. Kilby (USA, *1923)

für seinen Anteil an der Entwicklung des integrierten Schaltkreises 2001

Eric A. Cornell (USA, *1961)

Wolfgang Ketterle (Deutschland, *1957) Carl E. Wieman (USA, *1951)

für die Erzeugung der Bose-Einstein-Kondensation in verdünnten Gasen aus Alkaliatomen, und für frühe grundsätzliche Studien über die Eigenschaften der Kondensate

2002

Raymond Davis Jr. (USA, *1914) Masatoshi Koshiba (Japan, *1926)

für bahnbrechende Arbeiten in der Astrophysik, insbesondere für den Nachweis kosmischer Neutrinos

Riccardo Giacconi (USA, *1931)

für bahnbrechende Arbeiten in der Astrophysik, die zur Entdeckung von kosmischen Röntgenquellen geführt haben

2003

Alexei A. Abrikosov (Russland und USA, *1928) Vitaly L. Ginzburg (Russland, *1916)

Anthony J. Leggett (Großbritannien und USA, *1938)

für bahnbrechende Arbeiten in der Theorie über Supraleiter und Supraflüssigkeiten 2004

David J. Gross (USA, *1941) H. David Politzer (USA, *1949) Frank Wilczek (USA, *1951)

für die Entdeckung asymptotischer Freiheit in der Theorie der starken Wechselwirkung

2005

Roy J. Glauber (USA, *1925)

für seinen Beitrag zur quantenmechanischen Theorie der optischen Kohärenz John L. Hall (USA, *1934)

Theodor W. Hänsch (Deutschland, *1941)

für ihre Beiträge zur Entwicklung der auf Laser gegründeten Präzisionsspektroskopie, einschließlich der optischen Frequenzkammtechnik

2006

John C. Mather (USA, *1946) George F. Smoot (USA, *1945)

für ihre Entdeckung der Schwarzkörper-Form und Anisotropie der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (Echo des Urknalls)

2007

Albert Fert (Frankreich, *1938) Peter Grünberg (Deutschland, *1939)

für die Entdeckung des Riesenmagnetwiderstands (GMR)