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Elektrizitätslehre (1)

Hier findest du alle Inhalte zur Unterrichtseinheit.

Allgemeine Hinweise zu den Themenseiten

 

Die hier angebotenen Themenseiten fassen die grundlegenden Inhalte, Informationen und Hefteinträge zu den Unterrichtsinhalten von verschiedenen Themenbereichen der Fächer Mathematik, Physik und dem Wahlpflichtfach MINT/Technik zusammen. Diese sind online, kostenlos und ohne Registrierung verfügbar und sollen zur besseren Selbstorganisation der Schüler beitragen.

 

Die im Internet bereitgestellten Materialien bieten aber auch noch zusätzliche Möglichkeiten: Sie sollen den Schülern einen Leitfaden zur Vorbereitung auf Kursarbeiten, aber auch bei Fehlstunden zur Nacharbeit der versäumten Unterrichtsinhalte dienen und weiterhin den Eltern die Möglichkeit zur Unterstützung bei den unterrichtsbegleitenden Hilfestellungen geben. Die Zusammenfassungen zu den Unterrichtsinhalten auf den Themenseiten werden dabei jeweils ergänzt durch Lernvideos, Infotexten, Aufgaben, Bildergalerien und interaktiven Tools. Diese sollen dabei helfen selbstständig eigene Ergebnisse zu überprüfen oder zusätzliche Informationen zu den Inhalten erhalten. Bei den Lernvideos handelt es sich teilweise um die YouTube-Video des YT-Kanals Mathe-Physik-Technik. Weiterhin sind bei den einzelnen Folien zusätzliche Videovorschläge von anderen YouTube-Kanälen zugeordnet. Der jeweilige Link leitet dann ggf. direkt auf die YouTube-Video-Seite weiter.

 

Bei den klassischen physikalischen Themenbereichen sind die jeweiligen Folien für den digitalen Unterricht weitestgehend angepasst und optimiert worden. Insbesondere durch die Corona-Krise rückt der digitale und eigenverantwortliche Unterricht immer mehr in den Fokus. Zu den einzelnen Folien sind deshalb jeweils passende Videos zu den Inhalten zugeordnet und zu vielen Folien auch passende Aufgaben eingearbeitet worden. Dadurch sind die Themenbereiche in Teilabschnitten strukturiert und für die Arbeit mit Wochenplänen optimiert worden. Sie ermöglichen den Schülern so die selbstständige Arbeit daheim und geben jedem Schüler die Möglichkeit die Lernziele auch unter den gegebenen Umständen bestmöglich zu erreichen. Dabei können Schüler dann sogar die positiven Seiten des digitalen Unterrichts (Eigenes Lerntempo festlegen, optimale Anpassung von Lernzeit und Zeitpunkt an den eigenen Biorhythmus zum effizienten Lernen, etc.) für sich besonders gut nutzen.


Siehe hierzu auch: → Konzept - mathe-physik-technik.de


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:

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    

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)
 Teil 3:

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

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. Es sind keine Lösungen zu den Aufgaben enthalten.

Publikationen

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





Infotext - Elektrische Erscheinungen


Elektrische Erscheinungen rühren von den Kräften her, die elektrische Ladungen aufeinander ausüben. Ein klassisches Beispiel ist, dass geriebener Bernstein Teilchen anzieht. Auch wenn die Kräfte klein erscheinen, ist die elektrische Kraft zum Beispiel im Vergleich zur Gravitation (Massenanziehungskraft; Erdanziehungskraft) außerordentlich stark.

Schon im Altertum war bekannt, dass bestimmte Materialien wie beispielsweise Bernstein nach dem Reiben an einem Tuch oder Fell kleine leichte Teilchen anziehen. Dies wurde bereits um 550 v. Chr. von Thales von Milet an Bernstein beschrieben. Diese beruht auf dem energetisch günstigen Übergang von elektrischen Ladungen (Elektronen) zwischen zwei sich berührenden Stoffen. William Gilbert war ein englischer Arzt und als Physiker einer der Wegbereiter der modernen naturwissenschaftlichen Forschung, insbesondere auf dem Gebiet der Elektrizität und des Magnetismus. Er setzte Arbeiten aus dem 13. Jahrhundert fort und fand heraus, dass auch andere Stoffe durch Reibung elektrisiert werden können. Er führte 1600 den dem Neulateinischen entlehnten Begriff „electrica“ für die Erscheinungen ein, die er im Zusammenhang mit dem Bernstein entdeckte, „elektron“ stammt vom griechischen Wort für Bernstein. Im 17. und 18. Jahrhundert führten Zahlreiche Naturforscher eingehende Experi¬mente zur Natur der elektrischen Ladung durch. Bei Versuchen mit einer durch Reibung elektrostatisch aufgeladenen Glasröhre sprach Benjamin Franklin von „einer Ladungsart“, die nur ihren Aufenthaltsort verändert und somit positive oder negative Aufladung verursacht. Elektrische Ausladungen sind die Ursache von verschiedenen Phänomenen in unserem Alltag, dazu zählen Blitze bei einem Gewitter oder auch abstehende Haare nachdem man beispielsweise einen Pullover ausgezogen hat. Jeder kennt das Gefühl „eine gewischt zu bekommen“, z.B. an einer Autotür oder beim Kontakt mit einem anderen metallischen Gegenstand. Dabei werden elektrische Ladungen durch einen kleinen Blitz ausgeglichen. Mit guten Kameras lässt sich ein solcher Blitz sogar nachweisen und sichtbar machen.

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



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.


Infotext - Elektrische Aufladung


Auftreten von elektrischen Aufladungen

Elektrische Aufladungen treten nahezu überall in unserem Alltag auf. Erst ab einer bestimmten Stärke der elektrischen Entladung ist diese für den Menschen wahrnehmbar. Die bekannteste Wahrnehmung ist das Spüren eines elektrischen Schlags, wenn man nach einer statischen Aufladung, z. B. durch Laufen auf einem Kunstfaserteppich oder das Entlangfahren mit der Hand an einem Kunststoff-Treppengeländer anschließend ein geerdeter Körper, z. B. ein Heizkörper, berührt wird. Weiterhin können Blitze einer Entladung in dunkler Umgebung mit dem Auge wahrgenommen werden. Dies ist beispielsweise besonders gut beim Ausziehen eines Kunstfaser-Pullovers in einem komplett dunklen Raum zu sehen. Viele elektrische Entladungen liegen unter der Wahrnehmbarkeitsschwelle des Menschen, können aber z. B. für elektronische Bauelemente schädlich sein. Elektrische Aufladungen können teilweise durch leichte und isolierende Objekte wie Papierschnipsel oder Haare wahrnehmbar gemacht werden.
Je nach Stärke der Entladung kann es zu Personenschäden und zu Bränden kommen. Während elektrische Entladungen an Körperteilen meist nur aufgrund der Schreckreaktion Gefährdungen verursachen, können sie in explosionsgeschützen Bereichen unter Umständen schwerwiegende Folgen haben. Das trifft auf den Umgang mit brennbaren Flüssigkeiten und Gasen zu (z. B. Tankstellen, Gasanlagen).
Die bekannteste elektrische Entladung ist der Blitz. Der Blitz kann Menschen und Tiere verletzen oder töten, Schäden an Geräten verursachen oder Feuer und Explosionen verursachen, insbesondere, wenn entzündliche Gase in der Luft vorhanden sind. Ein Blitz ist im weiteren, umgangssprachlichen Sinne eine Funkenentladung zwischen zwei unterschiedlich aufgeladenen Körpern.

 

Teilchenmodell 

Das Teilchenmodell ist eine der einfachsten Modellvorstellungen zum Aufbau der Materie. Es beruht auf der Grundannahme, dass ausgedehnte Körper aus vielen einzelnen kugelförmigen Teilchen bestehen. Als (nahezu) unveränderliche Teilchen dieser Art wurden die Atome identifiziert. Im Rahmen des Teilchenmodells kann man in einfacher Weise beschreiben, wie sich zum Beispiel aus Atomen feste, flüssige und gasförmige Stoffe bilden, welche unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften diese Aggregatzustände haben und wie sie sich ineinander umwandeln. Die einzelnen Teilchen sind nach der Vorstellung des Teilchenmodells nicht geladen, deshalb lassen sich eine Aufladung eines Körpers und die damit verbundenen Phänomene damit nicht erklären. Dafür musste das Modell erweitert werden.

 

Bohrsches Atommodell

Das Bohrsche Atommodell wurde 1913 von Niels Bohr (dän. Physiker 1885 – 1962) entwickelt. Atome bestehen bei diesem Modell aus einem schweren, positiv geladenen Atomkern und leichten, negativ geladenen Elektronen, die den Atomkern auf geschlossenen Bahnen umkreisen. Das Bohrsche Atommodell ebnete den Weg zum Verständnis des Aufbaus der Atomhülle. Die anschauliche Vorstellung von Elektronen, die den Atomkern umkreisen wie Planeten die Sonne, prägt seither das populäre Bild von Atomen, es ist aber auch nur eine Modellvorstellung.

 

Aufladung und Teilchenmodell

Bei der Aufladung von Körpern durch Berührung (Reibung) werden Elektronen aus den Umlaufahnen der Atome entrissen und auf einen anderen Körper übertragen

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



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 beschlägt 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?


Infotext - Leiter und Nichtleiter


Elektrischer Leiter

Ein elektrischer Leiter ist ein Medium, das frei bewegliche Ladungsträger (z.B. Elektronen) und eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt, wodurch dieses zum Transport geladener Teilchen geeignet ist. Diesen Transport nennt man elektrischen Strom
Leiter werden in Klassen eingeteilt. Leiter 1. Klasse erfahren durch die elektrische Leitung keine stoffliche Veränderung. Metalle, Graphit und einige weitere chemische Verbindungen sind wichtige Beispiele. Metalle bilden eine Kristallgitterstruktur, in der die Elektronen nur schwach an den Atomkern gebunden sind. Die Elektronen können dann als Elektronengas innerhalb des Metalls angesehen werden; das heißt, die Elektronen sind mehr oder weniger frei beweglich. Der beste elektrische Leiter ist Silber, Kupfer und Aluminium stehen ihm kaum nach, sind aber leichter und wesentlich preiswerter. Daher kommen in der Technik im Wesentlichen Kupfer (Leitungen, Leiterbahnen, Spulen) und Aluminium (Schwingspulen von Lautsprechern) als elektrische Leiter zum Einsatz.

Leiter 2. Klasse werden durch den Leitungsvorgang stofflich verändert. Die Leitfähigkeit entsteht durch Aufspaltung der Kristallgitterstruktur unter Bildung von elektrisch geladenen, beweglichen Teilchen (Ionen). Klassisches Beispiel sind Salzlösungen. Lösliche Salze werden beim Lösungsvorgang in positive und negative Teilchen zerlegt; diese bewirken die Leitfähigkeit.

 

Elektrische Nichtleiter

Ideale Nichtleiter leiten keinen elektrischen Strom, sie haben keine freien beweglichen Ladungsträger, wodurch ihre Leitfähigkeit null beträgt. Ideale Nichtleiter gibt es allerdings in der Realität nicht. Reale Nichtleiter sind Stoffe, deren elektrische Leitfähigkeit extrem gering und daher meist nicht relevant ist. Der Begriff wird in der Physik für beliebige Materialien wie auch Gase und das Vakuum benutzt. 
Andere teilweise synonymische Bezeichnungen sind Isolator oder Isolierstoff. Werden Nichtleiter zur Isolation von elektrischen Leitern wie etwa bei Kabeln verwendet, nennt man sie Isolierstoffe. Oft sind die Isolierstoffe von zentraler Bedeutung für die Eigenschaften von elektrischen oder elektronischen Bauteilen (z. B. Kondensatoren oder Koaxialkabel)! Zu den Nichtleitern gehören die meisten Nichtmetalle, aber auch zahlreiche Kohlenstoffverbindungen zählen zu den Nichtleitern, beispielsweise Bernstein oder verschiedene Kunststoffe. Letztere werden unter anderem für die Isolation von Kabeln oder für Gehäuse verwendet. Weitere Nichtleiter sind Keramikwerkstoffe oder Glas. Nichtionisierte, trockene Gase, wie Argon, Sauerstoff oder auch normale trockene Luft, sind ebenfalls Nichtleiter. Generell ist die Anwesenheit von Wasser für viele natürliche Stoffe bzw. Stoffgemische (z. B. Holz), die den elektrischen Strom von sich aus nicht bedeutend leiten, dafür verantwortlich, dass diese zum Leiter werden.

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



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?

4) Ist Wasser ein elektrischer Leiter? In den Videos findest du dir Antwort auf die Frage. Beschreibe den Versuchsaufbau des entsprechenden Videos und beantworte die Frage schriftlich in deinem Heft.



Infos zum Thema:

Elektrizität



Bildergalerie - Elektrizität (1)

(Abbildungen mit freundlicher Genehmigung des DEUTSCHEN MUSEUMS München)


Infotext - Der elektrische Stromkreis


Ein elektrischer Stromkreis ist ein System von elektrischen Leitern, das einen geschlossenen Weg darstellt. Alltagsbeispiele sind Kupfer-Kabel als Leiter, durch die sich Elektronen bewegen. Damit elektrischer Strom fließen kann, muss dem System Energie zugeführt werden, die dann im Stromkreis als elektrische Energie transportiert und schließlich wieder in eine andere Energieform umgewandelt wird. Man spricht dann von einem geschlossenen Stromkreis. Von einem offenen Stromkreis spricht man hingegen, wenn der geschlossene Weg an mindestens einer Stelle unterbrochen ist. Eine Unterbrechung kann beispielsweise unbeabsichtigt durch einen Wackelkontakt oder eine fehlende Leitung oder beabsichtigt durch einen elektrischen Schalter entstehen. 

 

Hydraulisches Analogon

Hydraulik (von altgriechisch „Wasser“ und „Rohr“) bezeichnet die Technik der Verwendung von Flüssigkeiten zur Signal-, Kraft- und Energieübertragung. Die elektro-hydraulische Analogie, auch als hydraulisches Analogon bezeichnet, stellt Bezüge in den Gesetzmäßigkeiten zwischen hydraulischen und elektrischen Systemen her.  Damit werden auf der Grundlage von hydraulischen Systemen die Funktionsweisen im elektrischen Stromkreis beschrieben. Die bei hydraulischen Systemen verwendeten Bauteile können in elektrische Gegenstücke umgesetzt werden, ebenso wie die umgekehrte Beschreibungsrichtung aus elektrischen Schaltungen in hydraulische Systeme möglich ist. Die elektro-hydraulische Analogie geht auf Arbeiten des britischen Physikers Oliver Heaviside unter dem Namen drain-pipe theory zurück, welcher diese Beziehungen nutzte, um die Ende des 19. Jahrhunderts neuartige elektrische Schaltungstechnik mit Hilfe von Rohrleitungen und darin befindlichen Flüssigkeiten anschaulich darzustellen.

 

Zentrale Bestandteile eines elektrischen Stromkreises

 

Energiequelle

In fast allen Ausführungen stammt die elektrische Energie aus einer Spannungsquelle. Sie erzeugt an ihrem Ausgang eine elektrische Spannung. Der elektrische Strom, den sie zugleich liefert, hängt wesentlich vom Energiewandler ab. Diese Energiequellen sind weit verbreitet, beispielsweise liefern Akkumulatoren und Batterien die Energie für den Stromkreis.

 

Energiewandler 

Der Grund für die Verwendung eines Stromkreises ist der Betrieb eines Gerätes, die elektrische Energie wird dort beispielsweise in mechanische Energie (Bohrmaschine) oder Wärme (Heizung) umgewandelt. Die Bauelemente, in denen die elektrische Energie in eine andere Energieform um-gewandelt wird, werden häufig als elektrischer „Verbraucher“ bezeichnet. 

 

Leiter, Schalter

Die in Schaltbildern gezeichneten Verbindungen sind die vorgegebenen Wege für den elektrischen Strom im Stromkreis. Ein Schalter kann den Stromkreis unterbrechen oder schließen

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



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.

Die Energie


Die Energie (oder auch Energiemenge) ist eine fundamentale physikalische Größe, die in allen Teilgebieten der Physik sowie in der Technik, Chemie, Biologie und der Wirtschaft eine zentrale Rolle spielt. Die physikalischen Größen Energie und Arbeit hängen eng miteinander zusammen: 

Energie ist gespeicherte Arbeit, sie beschreibt die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten. 

Energie wird deshalb ebenfalls in der Einheit Joule (=Nm) angegeben. 1841 veröffentlichte der deutsche Arzt Julius Robert Mayer die Idee, dass Energie weder erschaffen noch vernichtet, sondern nur umgewandelt werden kann. In einem gegenüber der Umgebung abgeschlossenen System ändert sich die Gesamtenergie also demnach nicht. Das ist die Aussage des Energieerhaltungssatzes. Eine Dampfmaschine wandelt beispielsweise Wärmeenergie in mechanische Energie um. Die Wärmeenergie, die während des Betriebs einer Dampfmaschine verloren gegangen ist, entspräche genau der mechanischen Arbeit, die die Maschine leistet.

 

Energieformen

Energie gibt es in verschiedenen Energieformen, die ineinander umgewandelt werden können. von Energieformen sind Lageenergie (potentielle Energie), Bewegungsenergie (kinetische Energie), elektrische, chemische und Wärmeenergie (thermische Energie). Beispiele für solche Umwandlungen von Energie sind, dass ein Mensch ein Paket hochhebt (Beim Herunterfallen wird die potentielle Energie dann wieder frei) oder eine Batterie aufgeladen wird.

 

Technische Nutzung der Energie

Eine Erzeugung von Energie ist aufgrund des Energieerhaltungssatzes nicht möglich. Die Bezeichnung „Energieerzeugung“ wird im Wirtschaftsleben aber dennoch verwendet, um die Umwandlung einer bestimmten Energieform (zum Beispiel elektrischer Strom) aus einer anderen Form (zum Beispiel chemischer Energie in Form von Kohle) auszudrücken. Analog gibt es im strengen physikalischen Sinne auch keinen „Energieverbrauch“, wirtschaftlich gemeint ist damit der Übergang von einer Energieform in eine andere. Beispielsweise wird elektrische Energie „verbraucht“, um einen Ventilator zu betreiben. Die „verbrauchte“ elektrische Energie muss dann von uns bezahlt werden. Von Energieeinsparung ist die Rede, wenn effizientere Prozesse gefunden werden, die weniger Primärenergie (Kohle, Gas, Öl) für denselben Zweck benötigen, oder anderweitig, zum Beispiel durch Konsumverzicht, der Primärenergieeinsatz reduziert wird.
Die meisten Umwandlungen erfolgen nicht vollständig in eine einzige Energieform, sondern es wird ein Teil der Energie in Wärme gewandelt. In mechanischen Anwendungen wird die Wärme meist durch Reibung erzeugt. Diese Wärme wird in der Regel nicht genutzt und als „​Verlust“ bezeichnet. Das Verhältnis zwischen erfolgreich umgewandelter Energie und eingesetzter Energie wird Wirkungsgrad genannt. Bei technischen Anwendungen wird häufig eine Reihe von Energieumwandlungen gekoppelt. In einem Kohlekraftwerk wird zunächst die chemische Energie der Kohle durch Verbrennung in Wärme umgesetzt und auf Wasserdampf übertragen. Turbinen wandeln die Wärme des Dampfs in mechanische Energie um und treiben wiederum Generatoren an, die die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln.
Während alle Energieformen unter gewissen Bedingungen vollständig in thermische Energie umgewandelt werden können, gilt das in umgekehrter Richtung nicht. Abhängig von der Temperatur, bei der die Wärme zur Verfügung steht, lässt sich nur ein mehr oder weniger großer Anteil in mechanische Arbeit umwandeln, während der Rest an die Umgebung abgegeben wird.

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



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?

Querverweis → Themenseite: Energietechnik

Produktplatzierungen*


Infotext - Hans Christian Ørsted


Hans Christian Ørsted, (1777 - 1851) war ein dänischer Physiker, Chemiker und Naturphilosoph. 1820 entdeckte Ørsted die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes und gilt als Mitbegründer der Elektrizitätslehre und Elektrotechnik. Er gilt als eine der führenden Persönlichkeiten des Goldenen Zeitalters Dänemarks.

 

Leben

Hans Christian Ørsted wurde als einer der beiden Söhne des Apothekers Søren Christian Ørsted geboren. Da es bis 1814 keine allgemeine Schulbildung gab, erhielten die beiden Söhne hauptsächlich privaten Unterricht, u. a. Deutsch und Mathematik. Durch die Arbeit in der Apotheke seines Vaters, in der er mit zwölf Jahren anfing auszuhelfen, wurde Ørsteds Interesse an der Wissenschaft geweckt. Er erlangte seine weitere Bildung hauptsächlich autodidaktisch und studierte später in Kopenhagen Naturwissenschaften und Pharmazie. 1799 erlangte er den Doktorgrad mit einer Dissertation über Kants Naturphilosophie und wurde später Professor an der Uni in Kopenhagen. Ørsted hatte drei Söhne und vier Töchter. Als er im Alter von 73 Jahren in Kopenhagen verstarb, war er anerkannter Physiker, Chemiker und Astronom.

 

Physik

1820 beobachtete Ørsted während einer Vorlesung die Ablenkung einer Kompassnadel durch einen stromdurchflossenen Draht und entdeckte somit die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes. Er unternahm daraufhin hierzu weitere Experimente. Ørsted war nicht der Erste, der einen Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus entdeckte, denn bereits 18 Jahre zuvor (1802) hatte der Italiener Gian Domenico Romagnosi die gleichen Beobachtungen gemacht. Diese fanden aber zu jener Zeit keine Beachtung und gerieten in Vergessenheit. Ørsted erkannte sofort die Tragweite der Verknüpfung beider Phänomene. Er löste damit die Entwicklung der Elektrizitätslehre und Elektrotechnik aus.

 

Philosophie

Ørsted führte als erster den Begriff Gedankenexperiment als Beziehung zwischen mathematischer und physikalischer Erkenntnis bei Kant ein. Die Prägung des Begriffs wird aber Ernst Mach zugeschrieben, da Ørsteds kantische Perspektive nahezu ohne begriffsgeschichtlichen Einfluss blieb.

 

Austausch mit anderen Wissenschaftlern

Johann Wolfgang von Goethe wurde auf die Pionierleistung von Ørsted aufmerksam und lud ihn ein, seine Experimente am Weimarer Hof vorzuführen. Anfangs war André-Marie Ampère skeptisch, ließ sich aber durch die Wiederholungen der Versuche überzeugen. Michael Faraday war von den Forschungsergebnissen beeindruckt und entdeckte elf Jahre später die elektromagnetische Induktion

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



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.

Infotext - André-Marie Ampère


André-Marie Ampère (1775 - 1836) war ein französischer Physiker und Mathematiker. Er war der herausragende Experimentator und Theoretiker der frühen Elektrodynamik. Nach ihm ist die internationale Einheit der Stromstärke Ampere benannt. 

 

Leben

Ampère fiel schon früh als wissbegieriger Knabe und durch sein gutes Gedächtnis auf. Ampère las als Jugendlicher Buffons Naturgeschichte, systematisch eine 35-bändige Enzyklopädie und lernte Griechisch, Latein und Italienisch. Sein Vater wurde 1793 nach dem Fall von Lyon (während der Französischen Revolution) als Girondist hingerichtet, was bei Ampère eine tiefe Krise auslöste. Als Achtzehnjähriger befasste er sich mit mathematischen und physikalischen Lehrbüchern. Er wandte sich ebenfalls der Botanik und der Psychologie zu, ehe er Mathematik und Physik studierte. 1802 wurde er Lehrer für Physik und Chemie an der École centrale in Bourg-en-Bresse. Sein mathematisches Werk zu einem wahrscheinlichkeits¬theoretischen Aspekt von Glücksspielen machte ihn unter Wissenschaftlern in Paris bekannt. 1814 wurde Ampère Mitglied in der französischen Akademie der Wissenschaften. 1824 erhielt er den Lehrstuhl für Experimentalphysik am Collège de France. 1836 starb Ampère in Marseille im Alter von 61 Jahren an einer Lungenentzündung. 

 

Werk

Seine bedeutendsten Arbeiten entstanden ab 1820 und machten ihn zum Begründer der Elektrodynamik. Ampère vertrat ein Verfahren des wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns bei dem der Naturforscher zunächst eine Hypothese aufstellt. Im nächsten Schritt muss dann die Frage gestellt werden, welche Experimente unternommen werden müssen, um die Theorie zu stützen oder zu falsifizieren (also zu widerlegen). 
Später beschäftigte er sich mit der Naturphilosophie. Da das Denken des Menschen ein Bild des Denkens Gottes sei und Gott das Universum geschaffen habe, sollte des Menschen Geist imstande sein, das Universum in reinen Denkakten zu verstehen. Einheit der Wissenschaft sollte die Widerspiegelung des göttlichen Geistes sein. 

 

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.


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)





Wärmelehre - Thermodynamik
Optik
Astronomie


Produktplatzierung*


Produktplatzierungen*

Anregungen für Elektronikinteressierte

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

Alle von mir erstellten Materialien stehen für Bildungszwecke frei zur Verfügung, dürfen allerdings nicht von jemand anderem kommerziell vertrieben werden.

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



Quellenangaben zu den Inhalten auf dieser Seite


Infotext ([01] Elektrizität - Elektrische Erscheinungen)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf den Artikeln Elektrostatik, Reibungselektrizität, Kontaktselektrizität und Wiliam Gilbert aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.


Infotext ([02] Elektrizität - Elektrische Aufladung)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf den Artikeln Elektrostatische Entladung, Bohrsches Atommodell und Teilchenmodell aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.


Infotext ([03] Elektrizität - Leiter und Nichtleiter)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf den Artikeln Leiter (Physik) und Nichtleiter aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.


Infotext ([04] Elektrizität - Elektrischer Stromkreis)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf den Artikeln Stromkreis und Hydraulik aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.


Infotext ([06] Elektrizität - Die Energie)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf dem Artikel Energie aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.


Infotext ([07/23] Elektrizität)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf dem Artikel Hans Christian Ørsted aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.


Infotext ([08] Elektrizität)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf dem Artikel André-Marie Ampère aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.