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Elektrizitätslehre (1)

 

Hier findest du alle Inhalte zur Unterrichtseinheit.


Inhalt - Elektrizitätslehre

Teil1:
Elektrische Erscheinungen
1) Elektrizität im Alltag
2) LADEN und ENTLADEN    
3) Nachweis elektrischer Ladungen
Das Elektroskop        
Wie können sich Körper elektrisch aufladen?
Teilchenmodell (Kugelmodell)
Atommodell nach Bohr    
Leiter und Nichtleiter        
Der elektrische Stromkreis
Schaltsymbole
Energie
Was ist Energie?    
Der elektrische Strom    
Elektrischer Strom wird gemessen:    
Das Amperemeter    
Die elektrische Spannung    
Messung der elektrischen Spannung    
Der elektrische Widerstand    
Widerstand und Temperatur    
Das Ohmsche Gesetz    
Der spezifische Widerstand    
Der spezifische Widerstand: Aufgaben    
Die elektrische Leistung    
Die elektrische Arbeit    
Teil 2:

Reihenschaltung und Parallelschaltung    
1. Die Reihenschaltung
  a) Elektrische Ströme in der Reihenschaltung    
  b) Elektrische Spannungen in der Reihenschaltung
  c) Widerstände in der Reihenschaltung
2. Die Parallelschaltung
  a) Elektrische Ströme in der Parallelschaltung
  b) Elektrische Spannungen in der Parallelschaltung
  c) Widerstände in der Parallelschaltung
Der Gesamtwiderstand bei der Parallelschaltung:
Elektrizität  (Übersicht)
Magnetismus (1)
Magnetismus (2)
Ströme erzeugen Magnetfelder
Bewegte Ladungsträger im Magnetfeld
Leiterschleife im Magnetfeld
Der Elektromotor
Die Klingel
Elektromagnetische Induktion
Der Generator (1)
Der Generator (2)
Wechselspannung , Wechselstrom
Das Drehstromnetz
Der Transformator
Aufgaben zum Transformator   

Alle Folien in einem Heft

(Paperback, Farbe)

ISBN  978-374-606-4314

Produktplatzierungen

Hinweis:
Für die Unterrichtseinheit ist die Anschaffung des Skripts für meine Schüler nicht notwendig! Die Folien werden nacheinander bearbeitet und notwendige Materialien ggf. kopiert.

Hinweis:
Die Inhalte dieser Unterrichtseinheit zielen ab auf die Vermittlung der Grundlagen der Thematik und stellen den Stoff inhaltlich zusammenhängend dar. Den Schülern soll die Struktur der physikalischen Themenbereiche somit im Rahmen des Physikunterrichts der Mittelstufe deutlich vermittelt werden.


Physik: Skriptsammlung






Aufgaben:

1) Wie lässt sich überprüfen, ob ein Gegenstand elektrisch aufgeladen ist?

2) Wie geht man vor, wenn man einen Gegenstand elektrisch aufladen will?

3) Darf ein Gegenstand aus Metall in der Hand gehalten werden, wenn man ihn aufladen will?

4) Beschreibe den Aufbau und die Funktionsweise eines Elektroskops.



Aufgaben:

1) Welche Aggregatzustände kennst du und wie heißen die Übergänge zwischen den Aggregatzuständen. Hinweis: Auf der Themenseite Wärmelehre findest du auf der ersten Folie Informationen dazu.

2) Brillenträger kennen das: Wenn man im Winter von draußen kommt und betritt einen warmen Raum, dann beschlagt die Brille. Was passiert da eigentlich und warum?

3) Was genau passiert bei der Aufladung eines Körpers? Beschreibe!

4) Körper können auf zwei verschiedene Arten aufgeladen sein. Was genau ist dabei der Unterschied? Warum ist der Aufbau der Atome dabei so wichtig? Was geschieht bei der Aufladung mit den Atomen?



Aufgaben:

1) Nenne vier Leiter und vier Nichtleiter (Isolatoren).

2) Isolatoren können den eletrischen Strom nicht leiten. Sind das deshalb "schlechtere" Materialien? Was meinst du? Erläutere!

3) Das Netzkabel an deinem TV-Gerät kannst du in die Hand nehmen, auch wenn das TV-Gerät angeschaltet ist. Hier wird doch elektrischer Strom geleitet, oder?! Warum ist das dann nicht gefährlich für dich?



Infos zum Thema:

Elektrizität



Bildergalerie - Elektrizität (1)

(Abbildungen mit freundlicher Genehmigung des DEUTSCHEN MUSEUMS München)



Aufgaben:

1) Nenne die Bestandteile des elektrischen Stromkreises und des Wasserstromkreises auf Folie [04]. Welche Entsprechungen gibt es zwischen den Bestandteilen?
2) Was ist jeweils die Energiequelle in den beiden Abbildungen auf Folie [04] und wie wird die Energie transportiert?
3) Was versteht man unter einem „offenen“ Stromkreis und unter einem „geschlossenen“ Stromkreis?
4) Aus welchem Grund werden zur Darstellung von elektrischen Stromkreisen „Schaltsymbole“ verwendet?
5) Zeichne den elektrischen Stromkreis mit einem Schalter, einem Motor und einer Batterie (siehe Folie [05]). Gibt es verschiedenen Möglichkeiten?

Elektrizität (1): [7:01]

Der einfache elektrische Stromkreis

Im Video wird ein einfacher Stromkreis aus Schalter, Batterie und Glühbirne aufgebaut und verschiedene Variationen vorgeführt.


Aufgaben:

1) Im Haushalt hast du viele Geräte. Nenne vier Geräte und gib jeweils an, welche Energieform sie benötigen und welche sie abgeben.
2) Bei jedem technischen Gerät entstehen „Verluste“! Was ist damit gemeint, nenne 5 Beispiele.
3) In den Videos hast du gesehen, dass Energie durch technische Anlagen gewonnen wird. Nenne vier Beispiele.
4) Warum werden die Energieformen in unserer Umwelt in elektrische Energie umgewandelt? Könnte man die Energieformen vielleicht auch direkt nutzen? Nimm Stellung dazu.
5) In einem Stromkreis strömen Elektronen entlang der Leiterbahnen in einem geschlossenen Kreislauf. Gilt das auch für die Energie?

siehe auch: → Themenseite Energietechnik



Aufgaben:

1) Neben dem elektrischen Strom gibt es auch andere „Ströme“. Nenne drei Beispiele.
2) Was genau strömt bei einem Luftstrom?
3) Aus einer Quelle strömen in 24 Sekunden 1200 Liter Wasser. Eine zweite Quelle liefert in 15 Sekunden 720 Liter. Welcher Wasserstrom ist größer?
4) Durch ein Kupferkabel kann der elektrische Strom unterschiedlich groß sein. Was genau bedeutet das dann für die Elektronen? Was ist der Unterschied zwischen einem kleinen und einem großen Ladungsstrom?
5) Metalle leiten den elektrischen Strom, aber nicht alle Metalle leiten ihn gleich gut. Vergleiche die Metalle hinsichtlich ihrer elektrische Leitfähigkeit: Silber, Gold, Kupfer, Aluminium, Eisen.

Elektrizität - Oersted-Versuch (1): [7:27]

In diesem Video wird der Oersted-Versuch vorgeführt. Dabei wird auch gezeigt, dass über und unter dem Leiter die Magnetfeldrichtung unterschiedlich orientiert ist.

Elektrizität - Oersted-Versuch (2): [5:38]

Es wird mit der Magnetnadel an verschiedenen Orten und bei unterschiedlichen Stromstärken das Magnetfeld untersucht.

Elektrizität (2): [12:36]

Messung der elektrischen Stromstärke im einfachen elektrischen Stromkreis

Im Video wird ein einfacher Stromkreis mit Glühbirne, Batterie und Schalter aufgebaut und die elektrische Stromstärke gemessen. Dabei werden verschiedenen Varianten vorgeführt.

Bildergalerie - Elektrizität (2)


Aufgaben:

1) Die elektrische Spannung kann man sich anschaulich mit Hilfe des Wasserkreislaufs vorstellen. Erläutere!
2) Nicht alle elektrischen Geräte werden mit der gleichen elektrischen Spannung angetrieben. Nenne fünf Beispiele.
3) Was passiert, wenn man ein 12V-Lämpchen an eine 9V-Batterie anschließt? Beschreibe, was man dabei beobachten kann.
4) Was passiert, wenn man ein 3,5V-Lämpchen an eine 9V-Batterie anschließt? Beschreibe, was man dabei  beobachten kann.
5) Welche Bedeutung hat die elektrische Spannung für die Elektronen im Stromkreis?

Elektrizität (3): [18:19]

Messung der elektrischen Spannung im einfachen Stromkreis

Gezeigt wird die Spannungsmessung im einfachen, unverzweigten Stromkreis in verschiedenen Varianten. Der Stromkreis besteht aus Batterie, bzw. Netzgerät, Schalter und Glühbirne.

Elektrizität: Leitfähigkeit eines elektrischen Leiters [15:29]

In Versuchen wird die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit elektrischer Leiter vom Material, der Länge und dem Durchmesser (Querschnitt) des Leiters untersucht. Es kommen Drähte aus Kupfer, Eisen, Chromnickel und Konstantan zum Einsatz. Anschließend werden die Ergebnisse zusammengefasst und noch einige Detailbilder des Versuchs gezeigt.


Aufgaben:

  1. Den elektrischen Strom kannst du dir als Modell so vorstellen, dass Tischtennisbälle eine schräge Tischplatte hinunter rollen (vgl. Video). Wie muss ich mir in diesem Modell den elektrischen Widerstand vorstellen? Beschreibe aus Sicht der Elektronen und die Auswirkung auf deren Bewegung.
  2. Bei einem "schlechten Leiter" fließt weniger Strom als bei einem "guten Leiter". Wie lässt sich das in der Modellvorstellung aus Aufgabe 1 erklären?
  3. Warum hat ein langer Draht einen höheren Widerstand als ein kurzer Draht? Erkläre in der Modellvorstellung von Aufgabe 1.
  4. Warum hat ein dicker Draht einen kleinere Widerstand als ein dünner Draht? Erkläre in der Modellvorstellung von Aufgabe 1.
  5. Welchen Einfluss hat die Temperatur auf den elektrischen Strom durch einen Leiter? Erkläre in der Modellvorstellung von Aufgabe 1.
  6. Verschiedene Materialien leiten den Strom unterschiedlich gut. Welche Materialien leiten den Strom gut, welche schlecht? Ordne die folgenden Materialien nach ihrer Eigenschaft wen elektrischen Strom zu leiten: Blei, Eisen, Kupfer, Kohlenstoff, Gummi, Messing, Stahl, Silber, Porzellan
  7. Das Material Konstantan hat eine besondere Eigenschaft. Woraus besteht Konstantan und was ist dies besondere Eingenschaft? Recherchiere und erkläre.

Elektrizität: Widerstand und Temperatur [10:35]

Im Versuch wird die Abhängigkeit der elektrischen Stromstärke durch einen Leiter von der Temperatur untersucht. Dabei werden die Materialien Eisen, Kupfer und Konstantan verwendet.




Elektrizität: Das Ohmsche Gesetz (1) [8:01]

Im Versuch wird das Ohmsche Gesetz hergeleitet. Zunächst werden die Messwerte erfasst und anschließend ausgewertet. Das führt auf den zentralen Zusammenhang des Ohmschen Gesetzes.

Elektrizität: Das Ohmsche Gesetz (2) [4:09]

Im zweiten Teil zum Ohmschen Gesetz werden drei einfache Beispiele vorgerechnet. Weiterhin wird das Merkdreieck zum Ohmschen Gesetz gezeigt.


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Elektrizität: Die elektrische Leistung [13:16]

Im Versuch werden die Stromstärke und die Spannung von verschiedenen Glühbirnen vermessen und mit der Leuchtkraft verglichen. Daraus wird die elektrische Leistung abgleitet: P = U * I. Weiterhin wird ein Beispiel vorgerechnet.

Elektrizität: Die elektrische Arbeit [6:20]

Beschrieben wird am Beispiel die Berechnung der Kosten bei einer "Stromrechnung" (Energiekostenabrechnung). Dabei wird an einleuchtenden Beispielen die Formel für die elektrische Arbeit abgeleitet.


Aufgaben:

  1. Eine Waschmaschine hat eine Leistungsaufnahme von 1,3 kW. Wie groß ist die elektrische Arbeit bei einem Waschprogramm mit der Dauer von
    a) 2 Stunden  und
    b) bei einem Waschprogramm mit der Dauer von 1,5 Stunden?
  2. Ein Computer ist während der Arbeitszeit in einem Büro (8 Stunden) in Betrieb. Er hat ein Netzteil mit einer Leistung von 450 W. 
    a) Wie hoch ist die elektrische Arbeit während dieser Zeit?
    b) Wie hoch ist die elektrische Arbeit in einer Woche (5 Arbeitstage)?
    c) Der PC wird jetzt als Server verwendet. D.h. er läuft ständig und wird nicht mehr abgeschaltet. Wie hoch ist die elektrische Arbeit in einem Jahr?
  3. Im Treppenhaus einer Wohnanlage hängen acht 60W-Lampen. Sie leuchten täglich von 17:00 Uhr bis 9:00 Uhr am nächsten Tag. Welche elektrische Arbeit ist dafür in einem Jahr nötig?
  4. Beim Betrieb (230V) eines Wasserkochers fließt eine elektrische Stromstärke von 12A. Er wird täglich zwei Mal verwendet und ist jeweils für einen Zeitraum von 20 Minuten eingeschaltet. Wie groß ist hierfür die elektrische Arbeit?
  5. Für den Betrieb eines TV-Gerätes (40 Zoll) ist im Jahr (365 Tage) eine elektrische Arbeit von 80,3 kWh nötig. Das Gerät hat eine Leistungsaufnahme von 55 W. 
    a) Wie lange was das Gerät durchschnittlich pro Tag in Betrieb?
    b) Im Standby-Modus hat das Gerät eine Leistungsaufnahme von 0,15 W. Wie hoch ist die dafür nötige elektrische Arbeit pro Jahr? 
    c) Eine Kilowattstunde kostet in Deutschland (Stand 2020) ca. 29,4 Cent. Wie hoch sind die Kosten für den Betrieb des Gerätes pro Jahr insgesamt und wie hoch ist der Anteil durch den Standby-Betrieb?
  6. Für die Heizung in einem Ferienhaus wird ein Energieverbrauch von 250 kWh in Rechnung gestellt. Die Heizung hat eine Leistung von 4000W. a) Wie lange war die Heizung angeschaltet?  b) Welche Kosten fallen dafür an?
  7. Ein Haushalt mit 3 Personen bezahlt im Durchschnitt pro Jahr etwa 1000€ am Energiekosten für die elektrische Versorgung. Wie hoch war die elektrische Arbeit für die Versorgung des Haushalts?
  8. Im Standby-Betrieb nimmt ein älteres TV-Gerät ca. 0,3W Leistung auf. Eine Familie hat zwei solcher Geräte. Welche Kosten entstehen dabei pro Jahr bei einer durchschnittlichen täglichen Einschaltdauer von 4 Stunden pro Gerät?
  9. Eine Taschenlampe wir mit einer Spannung von 9V betrieben. Dabei fließt durch die Lampe ein elektrischer Strom von 35mA. Die Lampe erlischt nach 13 Stunden und 30 Minuten. Welche Energie war in der Batterie gespeichert?
  10. In einer Autobatterie sind 0,5 kWh Energie gespeichert. Beim Auto vergisst der Inhaber das Licht auszuschalten, das Auto schaltet automatisch auf Standlicht. die beiden Standlichtlampen haben eine Leistungsaufnahme von 10W. Hinzu kommt, dass auch die beiden Rücklichter mit jeweils 5W leuchten. Wie lange kann der Besitzer dem Auto fern bleiben bis die Batterie leer ist?





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Hinweis: Es werden keine Bücher oder sonstige, hier benannte Materialien im Unterricht verwendet oder benötigt.