Elektrizitätslehre (1)

Videos:

1) → Wissen vor acht: Wie kommt es zur elektrostatischen Aufladung?

2) → Elektrisch geladene Körper: die Basics | alpha Lernen erklärt Physik

3) → Ladungstrennung | alpha Lernen erklärt Physik

4) → Anziehung und Abstoßung | alpha Lernen erklärt Physik

5) → Ladung einfach erklärt I musstewissen Physik

6) → Das Elektroskop

Versuche zum selbst ausprobieren:

→ Experimente mit Statischer Elektrizität

Ausführliche Dukumentation mit Versuchvorführungen:

→ Die Geschichte der Elektrizität (1/3) - Der Funke | Doku | ARTE

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.

Videos:

Teilchenmodell und Aggregatzustände:

→ FWU - Teilchenmodell und Aggregatzustände

→ Aggregatzustände I fest I flüssig I gasförmig

→ Elektrische Ladung, Atomhülle und Atomkern | alpha Lernen erklärt Physik

→ Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik - Das Atom

(Querverweis: Themenseite Wärmelehre: Das Teilchenmodell)

→ Eigenschaften von Ladung - der zweite Teil I musstewissen Physik

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?

Videos:

→ Elektrische Leiter und Nichtleiter - einfach und anschaulich erklärt

→ Stromleiter und Stromisolatoren

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?

Videos:

→ Das Wassermodell der E-Lehre erklärt

→ Wie funktioniert ein Stromkreis? Spannung und Strom im Wassermodell

→ Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik - 10 - Die Glühlampe von Thomas A. Edison

Aufgaben:

Videos:

→ Energieformen - Überblick REMAKE

→ Was ist elektrische Energie?

→ Discovery Of Energy ~ James Prescott Joule & William Thomson

Aufgaben:

Videos:

→ Wie funktioniert Strom?

→ Was ist elektrischer Strom? Stromstärke I, Ampere

→ Strom & Spannung Grundlagen

→ Spannung, Strom und Widerstand

→ Meilensteine der naturwissenschaft und technik - André Marie Ampere

Aufgaben:

Videos:

→ Versuch von H.Ch.Oersted

→ Oersted Versuch - Magnetische Wirkung von elektrischem Strom

→ Das Amperemeter

Videos:

→ Strom & Spannung Grundlagen

→ Spannung, Strom und Widerstand

→ Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik - Alessandro Volta

→ Spannung und Stromstärke

Weiterführendes Video für die "Experten":

→ Elektrische Spannung und Potential, Volt

Aufgaben:

Videos:

→ Spannung, Strom und Widerstand

→ Widerstand - Wirkungsweise im Stromkreis, Wassermodell | Gleichstromtechnik #2

→ Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik - Georg Simon Ohm

Videos:

→ Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur - Realexperiment

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.

Videos:

→ Ohmsches Gesetz, URI | Gleichstromtechnik #3

→ Ohmsches Gesetz - einfach und anschaulich erklärt

→ Ohmsche Gesetz (URI) mit Beispielen | Physik | Lehrerschmidt

→ elektrischer Widerstand - ohmscher Widerstand (R) | Physik - einfach erklärt | Lehrerschmidt

Videos:

→ Spezifischer Widerstand

Videos:

→ Energie und Leistung, kWh, Watt, Teil 1

→ Energie und Leistung, kWh, Watt, Teil 2 (Bezug zur Mechanik)

→ P = U * I - Formel für elektrische Leistung

→ Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik - James Watt

Videos:

→ Elektrische Arbeit

→ Arbeit, Leistung, Energie (Bezug zur Mechanik)

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 war 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?