Physik 3

Kapitel 04 - Elektrizitätslehre | Teil 1 - Grundlagen

 

a) Elektrostatik (S. 60) = „ruhende Elektrizität“

Versuche: Kunststoffstab am Felltuch aufladen + Aluelektroskop
Kunststoffstab am Felltuch  + Seidenpapier
Kunststoffstab am Felltuch  + Wasserstrahl
Influenzmaschine 
Versuch für Zuhause: Luftballon am Pullover reiben 

 

Bereits 600v. Chr. wussten die Griechen, dass man Elektrizität durch Reiben von Bernstein an Wolle hervorrufen kann.Reibt man einen Kunststoffstab an einem Tuch, so werden Elektronen vom Stab abgestreift. Dieses Trennen von Ladungen lässt mitunter Funken überspringen.

 

Video: Wie kommt es zu elektrostatischer Aufladung? | ca 2 Minuten

 

 

 

Anwendung der Elektrostatik
 Sogenannte Elektrofilter nutzen die Elektrostatik, um Schmutzpartikel z. B. aus Abgasen zu entfernen.

 

 

Video: Wie funktionieren Elektrofilter? (1:43 Minuten)

(Informationsvideo eines Herstellers für Feinstaubfilter bei Palletsheizungen)

 

 

 

b) Der elektrische Strom - Geschichtliches + Wiederholung aus der 2. Klasse
Geschichtliches (Buch S. 72 unten)
Luigi Galvani und Alessandro Volta untersuchten bereits vor über 200 Jahren elektrische Phänomene.
Volta stellte um 1800 die erste Batterie („Voltasche Säule“) her!

 

Einschub: Hier kannst du eine Abhandlung über den TESLA lesen.

     Hier kannst du noch ein paar TESLA-Videos schauen:

 

Ein TESLA beschleunigt schneller als ein Ferrari:

 

Apropos schnelle Fahrzeuge: "Physik nicht beachtet" ODER "Wie manche Fahter ihre Sportwagen schrotten":

 

  

Wiederholung aus der 2. Klasse
 Stromquellen: Steckdose, Batterie, Akkus
 Leiter:  Alle Materialien, die den elektrischen Strom leiten. (B: Kupfer, Gold, Silber, auch Salzwasser, …)
 Isolatoren: (=„Nichtleiter“) Stoffe, die den el. Strom nicht leiten. (B: Kunststoffe, Gummi, Glas, Keramik, Luft, Vakuum…)


Leuchtmittel:  Glühbirnen, Gasentladungslampen (Energiesparlampe, Leuchtstoffröhre, Neonröhren, Xenonscheinwerfer), LED (Light EmittingDiode – Licht aussendende Diode)
 Schaltsymbole: Stromquelle    Verbraucher    Schalter (offen)

 

Video1: Unterschiede zwischen den einzelnen Leuchtmitteln (ca. 3 Minuten)

 

Video2: Unterschiede zwischen den einzelnen Leuchtmitteln (ca. 15 Minuten) + Stromkosten

 

 

Video: Wie ist eine LED aufgebaut und wie funktioniert deren Lichterzeugung? (2 Minuten)

 

 

 

Video: Genaue Erklärung, wie LED-Kristalle hergestellt werden (8:45 Minuten)

 

 

 

 

Stromkreise 
Übung 1: Zeichne einen offenen Stromkreis (mit Stromquelle, Kabeln, Schalter, Lampe)

Übung 2: Zeichne einen geschlossenen Stromkreis

 

Was ist elektrischer Strom? 

Was ist elektrischer Strom eigentlich? Strom = Fließen von Elektronen

 

 

 c) El. Strom speichern

 1. Galvanische Elemente (S.72)
In jedem galvanischen Element befinden sich zwei Metalle in einem Elektrolyt. Beim unedleren Metall (Zink) entsteht ein Elektronenüberschuss (Minuspol) beim edleren (Kupfer) ein Elektronenmangel (Pluspol).
An den Polen kann diese Spannung „abgenommen“ werden, das heißt, im geschlossenen Stromkreis können die Elektronen fließen.
Anwendung: Autobatterie (eig: „Auto-Akku“)
 2. Braunsteinzellen („Trockenbatterien“)
Wie „erzeugt“ eine Batterie Strom?
Zink versucht sich in der „braunsteinhaltigen Masse“ (=Manganoxid) aufzulösen. Dabei werden Elektronen frei.Schließt man den Stromkreis, können die Elektronen fließen. Das Zink wird dabei
allmählich verbraucht, wir sagen, „die Batterie wird leer“.
Anwendung: Überall, wo normale Batterien verwendet werden: Taschenlampe, Wanduhr, Armbanduhr, Wecker, …
 3. Akkumulatoren („Akkus“) S. 76
Akkus sind wieder aufladbar.
Beim Aufladen wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt.
Akkus werden eingesetzt, wenn das ständige Erneuern von Batterien zu teuer wäre!
Anwendung: Akkus im Handy, mp3-Player, Digitalkamera, Camcorder, …

 

Übungen S. 75/4,5  und  S. 77/11 

Finde je 5 Gegenstände in denen a) Batterien eingebaut sind. b) ein Akku eingebaut ist.

 

 
Video:  Recycling von Batterien (Beitrag aus Südtirol) 7:30

 

 

 

 

d) Gleichstrom – Wechselstrom 
Gleichstrom Schaltzeichen:  =
Stromquelle: Batterien, Akkus  

 

Wechselstrom Schaltzeichen:  ~
Stromquelle: Kraftwerksgenerator (Steckdose)

 

 

e) Technische Stromrichtung – physikalische Stromrichtung
 Technische Stromrichtung:  Von Plus nach Minus!
Man folgt dem Kabel (bzw. Schaltplan) vom Pluspol beginnend in Richtung Minuspol.
 Physikalische Stromrichtung: Von Minus nach Plus!
Der Weg der (negativ geladenen) Elektronen (e-) beginnt beim Minuspol und endet beim Pluspol.

 

 

f) Spannungsarten
Hochspannung    über 1000V

Niederspannung  bis 1000V

Kleinspannungen bis 42V
Ordne die Begriffe den einzelnen Spannungsarten zu: Blitze    Haushalt    Ladegeräte
 Freileitungen bis zu 230kV  elektrisches Spielzeug     ÖBB (bis zu 25kV)       Carerra-Rennbahn, Spielzeugeisenbahn

 

 

g) Parallelschaltung, Serienschaltung S. 82
Parallel- bzw. Serienschaltung findet man bei

   o Verbrauchern

   o Schaltern und

   o Stromquellen.

 

Parallelschaltung bedeutet immer, dass der Strom auf parallelen Bahnen fließt, so wie wenn zwei Flüsse nebeneinander fließen.

Serienschaltung bedeutet, dass der Strom zuerst durch das erste Gerät fließt, dann durch das zweite, dann durch das dritte usw.

 

Verbraucher

Parallelschaltung bei Verbrauchern: Jeder Verbraucher hat seinen eigenen Stromkreis.
Anwendung:  Alle Verbraucher im Haushalt

Serienschaltung (auch „Reihenschaltung“) bei Verbrauchern: Der Strom muss durch alle Verbraucher
(bzw. Schalter) durchfließen. Heute eigentlich keine Anwendung. Früher wurden alle Lämpchen in einer Christbaumbeleuchtung in Reihe geschaltet. Die Spannung teilt sich dabei auf alle Verbraucher gleichermaßen auf, so dass man bei 230V beispielsweise 100 Lämpchen zu je 2,3V anschließen konnte.

 

Schalter

Parallelschaltung bei Schaltern bedeutet, dass ein Verbraucher mit dem einen ODER dem anderen Schalter eingeschaltet werden kann. Zum Ausschalten müssen dann wieder beide Schalter ausgeschaltet werden.

Serienschaltung bei Schaltern: Wenn mehrere Schalter hintereinander geschaltet werden z. B. wenn man einen Dreiverteiler (mit Schalter) an einen weiteren Dreiverteiler (mit Schalter) ansteckt. Derartige Kombinationen verwendet man häufig in Autos: Wenn der Zündschlüssel nicht eingesteckt ist, können die Hauptscheinwerfer nicht eingeschaltet werden. ("Hauptschalter" und "Nebenschalter").

 

Batterien

Parallelschaltung: Die Spannung bleibt gleich, aber die Kapazität erhöht sich.

Serienschaltung: Die Spannungen addieren sich - siehe Video unten.

 

 

 Übungen:
Zeichne einen geschlossenen Stromkreis mit 3 Stromquellen
in Serie (und natürlich einem Schalter und einem Verbraucher.)

Zeichne einen geschlossenen Stromkreis mit 2 Schaltern in Serie.

Zeichne eine Parallelschaltung von 3 Verbrauchern.

Zeichne eine ODER-Schaltung.

 

 

Weiter zum Teil 2 - Elektrische Spannung, elektische Stromstärke, elektrischer Widerstand