Home > SchulePhysik > Physik 3 > Kapitel 04 - Elektrizitätslehre > Teil 2 - Elektrische Spannung, elektrische Stromstärke, elektrischer Widerstand

Physik 3

Kapitel 04 - Elektrizitätslehre | Teil 2 - Elektrische Spannung, elektrische Stromstärke, elektrischer Widerstand

 

h) Die elektrische Spannung U
Je größer der Elektronenüberschuss am Minuspol und je größer der Elektronenmangel am Pluspol, desto größer ist die elektrische Spannung!
 (B: Wasserfall: Je höher, desto größer der (Fall-)Unterschied).

 

 Formelzeichen   U   (Merkhilfe: „Unterschied“ oder „Ursache für den el. Strom“)
 Einheit der Spannung  1 V   „Volt“ (nach Alessandro Volta, 1745-1827)

 Beispiele: Handy-Akku   U=3,8V
   Trafo    U=156V
   Hochspannungsleitung U=110kV  (= ...
  elektronische Schaltung U=47mV   (= ...

 

 Die elektrische Spannung misst man mit einem Voltmeter. Wie sieht das Schaltzeichen aus?
 Voltmeter schließt man parallel in den Stromkreis (wie einen zusätzlichen Verbraucher)!

 


i) Die elektrische Stromstärke I
 Wie stark der Elektronenfluss in einem Stromkreis ist, wird mit der elektrischen Stromstärke beschrieben! Je mehr Elektronen die Querschnittsfläche eines Leiters in einer Sekunde passieren, desto größer ist die Stromstärke! (Bei einer Stromstärke von 1 Ampere fließen durch den Leitungsquerschnitt in jeder Sekunde 6 Trillionen (!) Elektronen [6.000.000.000.000.000.000])

 

 Formelzeichen   I   („Current-Intensity“  englisch für Strom-Stärke)
 Einheit der Stromstärke  1 A   „Ampere“ (nach Andre Marie Ampere, 1775-1836)

 Beispiele: Waschmaschine (3600W) I=15,7A
   100W-Glühbirne  I=0,43A
   Anspeisung   I=40kA    (= ...
   LED    I=20mA   (= ...
   
 Die elektrische Stromstärke misst man mit einem Amperemeter. Wie sieht das Schaltzeichen aus?
 Um die Stromstärke zu messen, muss der gesamte Strom durch das Messgerät fließen. Daher muss man Amperemeter immer in Serie in den Stromkreis schließen.

 

 

j) Der elektrische Widerstand R
 Jeder Verbraucher (Lampen, Motoren, Pumpen, Sensoren, …) in einem elektrischen Stromkreis wirkt als elektrischer Widerstand.
 Der Widerstand ist ein Maß dafür, wie sehr das Fließen des elektrischen Stromes behindert wird. (Der Widerstand ist groß, wenn trotz hoher Spannung nur ein geringer Strom fließt.)
 Mit Hilfe von Widerständen kann man in elektrischen Schaltungen die Stromstärke begrenzen bzw.die Spannung regeln.

 

 Formelzeichen   R   („Resistance“=Widerstand)      
 Einheit des Widerstands  1 Ω   (Omega) „Ohm“ (nach Georg Simon Ohm, 1789-1854)

 Beispiele: Eine Glühbirne  R=17,3 Ω
   Spule im Lautsprecher R=   4 Ω
   Widerstandsdraht   R=  3kΩ      (= ...
  Elektronische Schaltung  R=12,5mΩ (= ...

 

 Den elektrischen Widerstand misst man mit einem Ohmmeter.
Ohmmeter darf man nie in den Stromkreis schließen! Man darf Bauteile und Schaltungen nur in stromlosem Zustand messen!

Warum ist das Schaltzeichen eigentlich unnötig?

 

Von welchen vier Faktoren hängt der elektrische Widerstand ab?  
 Vom verwendeten Material
 Von der Länge des Drahtes
 Von der Querschnittsfläche des Drahtes
 Von der Temperatur des Metalls (bzw. der Umgebung)

 

Das Metall mit dem geringsten elektrischen Widerstand ist Silber, es ist jedoch sehr teuer. Daher benutzt man für die meisten Kabeln Kupfer. Überlandleitungen bestehen aus dem leichten Aluminium, das um einen zugfesten Stahlkern gewickelt wird.

 

 


 

k) Das „ohmsche Gesetz“
 Den Zusammenhang zwischen Spannung, Stromstärke und Widerstand kann man durch das „ohmsche Gesetz“ ausdrücken!

 

 

Kaum zu glauben, irgendjemand hat sogar einen Song zum elektrischen Widerstand bzw. zum Ohmschen Gesetz geschrieben:

 Rechenaufgaben zum Ohmschen Gesetz:

 

Berechne mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes:
1a. U=12V I=3A R=____Ω        1b. U=12V I=0,5A R=____Ω

 

2a. U=42V I=____A R=10Ω      2b. U=42V I=____A R=0,5Ω

 

3a. U=____V I=10A R=100Ω    3b. U=____V I=10A R=5Ω

 

4. Berechne die gesuchte Größe! (Wandle gegebenenfalls um!)

U

 

220V

40,62V

 

4,5V

12V

I

2,4A

 

3385mA

1,2A

 

0,25A

R

5,2Ω

27,5Ω

 

2,8Ω

0,75Ω

 

 

5a. Heizstab in einer Waschmaschine:
Bei einer Spannung von 230V (=„Netzspannung“) fließt ein Strom von 16A.
Welchen Widerstand muss der Heizdraht aufweisen?

 

5b. Carrera-Auto:
Bei einer Spannung von 16V benötigt der Motor einen Strom von 1,4A.
Welchen Widerstand setzt der Motor dem Strom entgegen?

 

6a. Glühlampe 60W U=Netzspannung, R=884Ω Berechne die Stromstärke!

(Zusatz: Multipliziere Spannung mal Stromstärke! Was fällt dir auf?)

 

6b. Flutlichtscheinwerfer 1800W U=Netzspannung, R=29Ω Berechne die Stromstärke!

(Zusatz: Multipliziere Spannung mal Stromstärke! Was fällt dir auf?)

 

7a. Glühbirne 4,5V, 12V oder 230V? Bei einem Widerstand von 2,4Ω nimmt eine Glühbirne 5A Strom auf. Mit welcher Spannung (4,5V, 12V oder 230V) darf man diese Lampe betreiben?

 

7b. Glühbirne 4,5V – 12V – 230V ? Bei einem Widerstand von 520Ω nimmt eine Glühbirne 0,44A Strom auf.Mit welcher Spannung darf man diese Lampe betreiben?

 

8. Gesamtspannung: 9V LED: 2,2V, 20mA Berechne den Vorwiderstand!