Definition 1 Ampere
Ein Strom der Stärke I = 1 A lässt in der Zeit t = 1 s eine Menge von V = 0,174 cm^3 Knallgas entstehen.
Was sind Beispiele für elektrische Ladung im Alltag?
→ Knistern beim Ausziehen eines Pullovers, kleiner elektrischer Schlag beim Berühren von Metall, haftende Verpackungsflocken, „fliegende Haare“.
Woher stammt der Begriff „Elektrizität“?
Welche zwei Arten elektrischer Ladung gibt es?
→ Positive und negative Ladung (früher: Glas- und Harzelektrizität).
Seit wann kennt man Elektronen und Protonen als Ladungsträger?
→ Seit Beginn des 20. Jahrhunderts.
Welches Atommodell nutzt diese Vorstellung?
→ Das BOHRsche Atommodell (Elektronen kreisen um einen positiven Kern).
Warum ist ein Atom normalerweise elektrisch neutral?
→ Anzahl der Protonen = Anzahl der Elektronen.
Wann ist ein Körper elektrisch neutral?
→ Wenn gleich viele positive wie negative Ladungen vorhanden sind.
Wann ist ein Körper positiv geladen?
→ Bei Elektronenmangel.
Wann ist ein Körper negativ geladen?
→ Bei Elektronenüberschuss.
Welche Teilchen sind beweglich, welche nicht?
→ Elektronen sind beweglich, Protonen sind ortsgebunden.
Was ist ein elektrischer Leiter?
→ Ein Stoff, in dem sich Elektronen frei bewegen können (z. B. Metalle).
Was ist ein Nichtleiter (Isolator)?
→ Ein Stoff, in dem Elektronen fest gebunden sind (z. B. Kunststoffe).
Wie verändert sich der Ladungszustand eines Metallkörpers?
→ Durch Kontakt mit einem anders geladenen Körper (Elektronenübergang).
Was passiert beim Kontakt zweier gleich großer, entgegengesetzt geladener Metallkugeln?
→ Beide werden elektrisch neutral.
Was bedeutet Erdung?
→ Ableitung überschüssiger Ladung in die Erde.
Warum kann die Erde Ladung aufnehmen?
→ Sie ist elektrisch neutral und sehr groß.
Wozu dient die Erdung bei elektrischen Geräten?
→ Zum Schutz vor gefährlichen Spannungen.
Was kennzeichnet die Pole einer Batterie?
→ Pluspol: Elektronenmangel, Minuspol: Elektronenüberschuss.
In welche Richtung bewegen sich Elektronen im Stromkreis?
→ Vom Minuspol zum Pluspol.
Was ist ein Ladestrom?
→ Kurzzeitig fließender Strom beim Auf- oder Entladen eines Körpers.
Was ist Reibungselektrizität?
→ Elektronen werden durch Reibung aus Atomen gelöst und erzeugen Oberflächenladungen.
Warum bleibt Reibungsladung bei Metallen nicht erhalten?
→ Elektronen verteilen sich sofort im ganzen Körper.
Warum beobachtet man statische Aufladung vor allem bei Nichtleitern?
→ Weil sich Elektronen dort nicht bewegen und nicht ausgleichen können.
Wie wirken gleichnamige Ladungen aufeinander?
→ Sie stoßen sich ab.
Wie wirken ungleichnamige Ladungen aufeinander?
→ Sie ziehen sich an.
Warum stehen Haare bei trockener Luft ab?
→ Gleichnamig geladene Haare stoßen sich ab (Reibungselektrizität).
Warum spürt man beim Berühren eines geerdeten Körpers einen „elektrischen Schlag“?
→ Durch plötzlichen Ladungsausgleich (Entladung).
Was ist elektrische Influenz?
→ Ladungsverschiebung in einem Leiter durch Annäherung eines geladenen Körpers ohne Berührung.
Ändert Influenz die Gesamtladung eines Körpers?
→ Nein, nur die Verteilung der Ladungen.
Warum wirkt die Kraft zwischen geladenem und ungeladenem Körper anziehend?
→ Ungleichnamige Ladungen sind näher beieinander als gleichnamige.
Warum haftet ein geladener Luftballon an der Zimmerdecke?
→ Durch Influenz und geringe Leitfähigkeit der Decke (Feuchtigkeit).
Was zeigt ein Elektroskop an?
→ Das Vorhandensein und die Stärke elektrischer Ladung.
Warum kann ein Elektroskop nicht zwischen positiver und negativer Ladung unterscheiden?
→ In beiden Fällen entsteht Abstoßung gleichnamiger Ladungen.
Warum schlagen die Blättchen auch ohne Berührung aus?
→ Wegen Influenz.
Wann bleibt der Ausschlag dauerhaft?
→ Wenn tatsächlich Ladung übertragen wird (Berührung).
Was passiert beim Berühren des Elektroskops mit dem Finger?
→ Erdung → Entladung → Blättchen fallen zusammen.
Formelzeichen der elektrischen Ladung?
→ Q
Grundgleichung der elektrischen Ladung?
→ Q = I · t
Maßeinheit der elektrischen Ladung?
→ Amperesekunde (As)
Warum nicht „Ampere pro Sekunde“?
→ Weil Ampere bereits einen Zeitbezug enthält.
Wie wird die Ladung eines Akkus angegeben?
→ In Amperestunden (Ah oder mAh).
Wie groß ist die Ladung eines Elektrons?
→ e = 1,602 · 10⁻¹⁹ As
Wie viele Elektronen fließen bei 1 A pro Sekunde?
→ Ca. 6,24 · 10¹⁸ Elektronen.
Warum sind Elektronen keine „kleinen Kügelchen“?
→ Sie sind extrem klein und folgen nicht klassischen Alltagsvorstellungen.
Karte 1 – Was ist eine Elektronenröhre?
Eine Elektronenröhre ist ein evakuierter Glaskolben, in dem sich Elektronen zwischen Elektroden bewegen können.
Warum Vakuum in der Elektronenröhre?
Damit Elektronen stoßfrei beschleunigt werden und keine Energie durch Zusammenstöße mit Luftmolekülen verlieren.
Wichtige Bauteile einer Elektronenröhre
Glühkathode, Anode (bei Trioden zusätzlich: Steuergitter)
Was ist Glühemission?
Austritt von Elektronen aus einer erhitzten Metalloberfläche (meist Kathode).
– Ursache der Glühemission
Durch hohe Temperatur erhalten Elektronen genug Energie, um die Austrittsarbeit des Metalls zu überwinden.
Austrittsarbeit
indestenergie, die ein Elektron benötigt, um das Metall zu verlassen.
Zusammenhang Temperatur und Elektronenstrom
e höher die Temperatur der Kathode, desto mehr Elektronen werden emittiert → größerer Strom.
Warum wird Wolfram oder Oxidkathoden verwendet?
Geringe Austrittsarbeit und hohe Temperaturbeständigkeit.
Aufbau einer Diode
Glühkathode (−) und Anode (+) im Vakuum.
Funktionsprinzip der Diode
Elektronen fließen nur von der Kathode zur Anode, nicht umgekehrt.
Warum fließt kein Strom bei negativer Anode?
Elektronen werden von der negativ geladenen Anode abgestoßen.
Kennlinie der Diode
Maximaler Strom, wenn alle emittierten Elektronen zur Anode gelangen.
Was bedeutet Gleichrichtung?
Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung.
Diode als Einweggleichrichter
Lässt nur eine Halbwelle der Wechselspannung durch.
Stromverlauf beim Einweggleichrichter
Strom fließt nur während der positiven Halbwelle.
Nachteil des Einweggleichrichters
eringe Energieausnutzung, starke Spannungsschwankungen.
Kann eine Diode direkt verstärken?
Nein, echte Verstärkung ist erst mit Trioden möglich.
Warum wird die Diode trotzdem im Zusammenhang mit Verstärkung behandelt?
Sie zeigt die Grundidee der Stromsteuerung durch elektrische Felder.
Bedeutung der Raumladung
Elektronenwolke vor der Kathode begrenzt den Strom → Raumladungsstrom.
Raumladungsbegrenzter Strom
Strom wird nicht durch die Anode, sondern durch die Elektronendichte nahe der Kathode begrenzt.
Unterschied Halbleiterdiode vs. Elektronenröhre
👉 Röhre: Vakuum & Glühemission
👉 Halbleiter: pn-Übergang
Vorteil der Elektronenröhre
Funktioniert auch bei sehr hohen Spannungen und Temperaturen.
Nachteil der Elektronenröhre
Großer Energieverbrauch, Wärmeentwicklung, empfindlich.
Was ist Gleichstrom?
Elektrischer Strom, der immer in die gleiche Richtung fließt.
Welche typische Stromquelle liefert Gleichstrom?
Batterien, Akkus, Solarzellen.
Wie verändert sich die Spannung bei Gleichstrom?
Sie bleibt konstant (idealerweise).
Wo wird Gleichstrom hauptsächlich verwendet?
In elektronischen Geräten (Handy, Laptop, LEDs).
Welches Symbol wird oft für Gleichstrom verwendet?
⎓ oder „DC“.
Was ist Wechselstrom?
Strom, der periodisch seine Richtung ändert.
Welche Stromquelle liefert Wechselstrom?
Kraftwerke / Steckdose.
Welche Frequenz hat der Wechselstrom in Europa?
50 Hz (50 Richtungswechsel pro Sekunde).
Wie verändert sich die Spannung bei Wechselstrom?
Sie schwingt sinusförmig zwischen positiven und negativen Werten.
Welches Symbol wird für Wechselstrom verwendet?
: ~ oder „AC“.
: Warum wird Wechselstrom für Stromnetze genutzt?
Weil er sich leicht transformieren und über große Entfernungen effizient transportieren lässt.
Warum brauchen viele Geräte Gleichstrom?
: Elektronische Bauteile arbeiten nur mit einer festen Stromrichtung.
Wie wird Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt?
Mit einem Gleichrichter (z. B. im Netzteil).
Was ist ein Drehspulenperemeter?
Ein Drehspulenperemeter ist ein Messgerät zur Messung sehr kleiner elektrischer Ströme. Es nutzt die Drehung einer stromdurchflossenen Spule im Magnetfeld.
Wie ist ein Drehspulenperemeter aufgebaut?
: Es besteht aus einer drehbar gelagerten Spule, einem Permanentmagneten, einer Rückstellfeder und einem Zeiger mit Skala.
Wie funktioniert ein Drehspulenperemeter?
Fließt Strom durch die Spule, wirkt im Magnetfeld eine Lorentzkraft, die ein Drehmoment erzeugt. Die Spule dreht sich, bis das Drehmoment durch die Rückstellfeder ausgeglichen wird.
Wovon hängt der Ausschlag des Zeigers ab?
Der Ausschlag ist proportional zur Stromstärke (lineare Skala).
Welche Vorteile hat ein Drehspulenperemeter?
Hohe Genauigkeit, lineare Skala, gute Ablesbarkeit.
Welche Nachteile hat ein Drehspulenperemeter?
Empfindlich gegenüber Erschütterungen, nur für Gleichstrom geeignet (ohne Zusatzschaltung).
Was ist ein Spiegelgalvanometer?
Ein Spiegelgalvanometer ist ein extrem empfindliches Strommessgerät zur Messung sehr kleiner Ströme.
Wie ist ein Spiegelgalvanometer aufgebaut?
Es besitzt eine sehr leichte Drehspule oder einen Leiterrahmen mit einem kleinen Spiegel, der an einem dünnen Faden aufgehängt ist.
Vorderseite: Wie funktioniert ein Spiegelgalvanometer?
Ein Strom erzeugt ein Drehmoment auf die Spule. Der Spiegel dreht sich und lenkt einen Lichtstrahl ab, der auf einer Skala sichtbar wird.
Warum wird ein Lichtstrahl verwendet?
Der Lichtzeiger ermöglicht eine berührungslose, sehr genaue Messung kleinster Drehwinkel.
Warum ist ein Spiegelgalvanometer sehr empfindlich?
Wegen der geringen Masse der beweglichen Teile und der optischen Verstärkung durch den Lichtstrahl.
Wofür wird ein Spiegelgalvanometer verwendet?
In der Experimentalphysik und bei Präzisionsmessungen sehr kleiner Ströme.
Was ist die physikalische Grundlage des Elektromotors?
Der Elektromagnetismus – ein elektrischer Strom erzeugt ein Magnetfeld.
Welche Energieform wandelt ein Elektromotor um?
Elektrische Energie → mechanische Energie (Bewegung)
Welche Wirkung hat ein stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld?
Auf ihn wirkt eine Kraft (Lorentzkraft).
Was ist die Lorentzkraft?
Die Kraft, die auf bewegte elektrische Ladungen im Magnetfeld wirkt.
Warum beginnt sich die Spule im Elektromotor zu drehen?
Weil auf verschiedene Leiterstücke entgegengesetzte Kräfte wirken, die ein Drehmoment erzeugen.
Welche Rolle spielt der Elektromagnet im Motor?
Er erzeugt Nord- und Südpole, die mit dem äußeren Magnetfeld wechselwirken.
Was passiert, wenn man die Stromrichtung in der Spule ändert?
Die Polrichtung des Elektromagneten kehrt sich um.
Warum bleibt der Elektromotor nicht stehen?
Weil die Stromrichtung regelmäßig umgekehrt wird und das Drehmoment erhalten bleibt.
Wie wird die Stromumkehr beim Gleichstrommotor erreicht?
Durch einen Kommutator.
Welche Aufgabe hat der Kommutator?
Er kehrt die Stromrichtung in der Spule nach jeder halben Umdrehung um.
Welche Magnetarten gibt es im Elektromotor?
Dauermagnete
Elektromagnete
Wie hängen Elektromagnetismus und Elektromotor zusammen?
Der Elektromotor nutzt elektromagnetische Kräfte, um elektrische Energie in Drehbewegung umzuwandeln.
Wie ändert sich die Magnetfeldstärke mit dem Abstand vom Leiter?
Mit zunehmendem Abstand wird das Magnetfeld schwächer.
Wovon hängt die Magnetfeldstärke eines geraden Leiters ab?
von der Stromstärke I
vom Abstand r zum Leiter
Wie lautet die Formel für die magnetische Flussdichte um einen langen geraden Leiter?
B=(μ0⋅I)/(2πr)
: Was bedeutet das Symbol μ0
Die magnetische Feldkonstante (Permeabilität des Vakuums).
Wie kann man das Magnetfeld eines Leiters experimentell sichtbar machen?
Mit Eisenfeilspänen oder einer Kompassnadel.
Was ist ein Elektromagnet?
Ein Elektromagnet ist ein Magnet, dessen Magnetfeld durch elektrischen Strom erzeugt wird.
Woraus besteht ein Elektromagnet?
einer Spule (Drahtwicklung)
einem Eisenkern (meist Weicheisen)
einer Stromquelle
Warum verstärkt ein Eisenkern das Magnetfeld?
Weil sich die magnetischen Domänen im Eisen ausrichten und das Magnetfeld bündeln.
Wie kann man einen Elektromagneten ein- und ausschalten?
Durch Ein- und Ausschalten des Stroms.
Wovon hängt die Stärke eines Elektromagneten ab?
von der Anzahl der Windungen
vom Kernmaterial
von der Form der Spule
Was passiert, wenn man die Stromrichtung umkehrt?
Die Nord- und Südpole tauschen ihre Plätze.
Wie bestimmt man die Polrichtung eines Elektromagneten?
Mit der Rechte-Hand-Regel für Spulen.
Wie lautet die Rechte-Hand-Regel bei einer Spule?
Finger → Stromrichtung in den Windungen
Daumen → Nordpol der Spule
: Welche Vorteile haben Elektromagneten gegenüber Dauermagneten?
ein- und ausschaltbar
Magnetstärke veränderbar
Polrichtung umkehrbar
Nenne Beispiele für Anwendungen von Elektromagneten.
Schrottkräne
Relais
Elektromotoren
Lautsprecher
elektrische Klingeln
: Warum verwendet man Weicheisen als Kern?
Weicheisen wird leicht magnetisiert und verliert seine Magnetisierung schnell wieder.
Was passiert ohne Eisenkern?
Die Spule wirkt trotzdem als Magnet, aber deutlich schwächer.
Definition elektrischer Strom
Der elektrische Strom beschreibt die Bewegung der Ladungsträger.
Definition Stromstärke
Die Stromstärke gibt die Menge an Ladungsträgern an, die in einer bestimmten Zeit durch eine bestimmte Fläche fließen. Sie wird in Ampere [A] angegeben.
Was entsteht um einen geraden Leiter, durch den Strom fließt?
Um den Leiter entsteht ein Magnetfeld.
Wie verlaufen die Magnetfeldlinien um einen geraden Leiter?
: Die Magnetfeldlinien verlaufen kreisförmig um den Leiter.
Wie kann man sich die Richtung der Magnetfeldlinien merken?
Mit der Rechte-Hand-Regel.
Wie lautet die Rechte-Hand-Regel beim geraden Leiter?
Daumen → Stromrichtung (technische Stromrichtung) Gekrümmte Finger → Richtung der Magnetfeldlinien
Was passiert mit dem Magnetfeld, wenn die Stromstärke größer wird?
: Das Magnetfeld wird stärker.
Faktor Stromstärke in einem unverzweigten Stromkreis
Die Stromstärke in einem unverzweigten Stromkreis ist überall gleich gut.
Definition - Wassermodell
Das Wassermodell der E-Lehre vergleicht einen Wasserkreislauf mit einem Stromkreislauf. Es soll helfen den elektrischen Strom besser zu verstehen.
Was ist das Wassermodell der E-Lehre?
Ein Vergleichsmodell, das elektrische Größen mithilfe von Wasser in Rohren erklärt, um Stromkreise anschaulich darzustellen.
Frage: Welche elektrische Größe entspricht dem Wasserstrom?
Der elektrische Strom (I) entspricht der Wassermenge pro Zeit, die durch ein Rohr fließt.
Frage: Was entspricht der elektrischen Spannung im Wassermodell?
Die Spannung (U) entspricht dem Wasserdruck oder dem Höhenunterschied zwischen zwei Punkten.
Frage: Womit wird der elektrische Widerstand verglichen?
Mit einer Engstelle im Rohr, z. B. einem dünnen Rohr oder einem Ventil, das den Wasserfluss bremst.
Frage: Wie wird eine Spannungsquelle (z. B. Batterie) dargestellt?
Als Pumpe, die Wasser von niedrigem zu höherem Druck befördert.
Frage: Was passiert im Wassermodell bei höherem Druck?
Es fließt mehr Wasser → im elektrischen Modell: größerer Strom bei gleichem Widerstand.
Frage: Wie erklärt das Wassermodell das Ohmsche Gesetz?
Mehr Druck (U) → mehr Durchfluss (I),größere Engstelle (R) → weniger Durchfluss→ U = R · I
Frage: Was entspricht einem offenen Stromkreis?
Ein unterbrochenes Rohr, durch das kein Wasser fließen kann.
Frage: Was entspricht einem Kurzschluss?
Ein sehr breites Rohr ohne Widerstand, durch das extrem viel Wasser fließt.
Frage: Wofür ist das Wassermodell besonders gut geeignet?
Zum Verständnis von Strom, Spannung, Widerstand und einfachen Stromkreisen.
Frage: Wo stößt das Wassermodell an seine Grenzen?
Bei Wechselstrom, Elektronenbewegung, elektrischen Feldern und Halbleitern.
Frage: Fließt im Stromkreis etwas „verbraucht“ weg?
Nein. Wie beim Wasser im geschlossenen Kreislauf bleibt der Strom erhalten – nur Energie wird abgegeben.
Warum gibt es die technische Stromrichtung?
Sie wurde historisch festgelegt, bevor man wusste, dass sich Elektronen bewegen. Sie dient der einfachen Berechnung und Schaltungsanalyse.
Was versteht man unter der physikalischen Stromrichtung?
Welche Teilchen bewegen sich bei der physikalischen Stromrichtung?
Elektronen (negativ geladene Teilchen).
Wie unterscheiden sich technische und physikalische Stromrichtung?
Technisch: Plus → Minus
Physikalisch: Minus → Plus ➡️ Sie verlaufen entgegengesetzt.
Welche Stromrichtung wird in Schaltplänen verwendet?
Die technische Stromrichtung (Plus → Minus).
Welche Stromrichtung ist für Rechnungen in der Elektrotechnik relevant?
Die technische Stromrichtung, da alle Formeln darauf basieren.
Ist es falsch, die technische Stromrichtung zu benutzen?
Nein. Sie ist eine Konvention und vollkommen korrekt für Praxis, Berechnungen und Schaltpläne.
Woraus besteht elektrischer Strom physikalisch?
Elektrischer Strom besteht aus der Bewegung negativ geladener Elektronen.
Warum wurde eine Stromrichtung festgelegt, bevor man Elektronen kannte?
Elektrische Phänomene wurden erforscht, bevor die Elektronenbewegung bekannt war, daher musste eine willkürliche Stromrichtung festgelegt w
Wie wurde die ursprüngliche Stromrichtung festgelegt?
Als von Plus nach Minus.
Warum ist diese Festlegung eigentlich falsch?
Weil sich Elektronen tatsächlich vom Minuspol zum Pluspol bewegen.
Warum wurde die falsche Stromrichtung beibehalten?
Weil elektrische Gesetze, Schaltpläne, Gerätebeschreibungen und Symbole bereits darauf basierten.
Was ist die technische Stromrichtung?
Die konventionell festgelegte Richtung von Plus nach Minus.
Was ist die physikalische Stromrichtung?
Die tatsächliche Bewegung der Elektronen von Minus nach Plus.
Welche Stromrichtung ist normalerweise gemeint, wenn von „Stromrichtung“ gesprochen wird?
Die technische Stromrichtung, sofern nichts anderes angegeben ist.
Was bedeutet es, die Stromstärke zu messen?
Festzustellen, wie viel Ladungsmenge Q in einer bestimmten Zeit t durch einen Leiterquerschnitt fließt.
Welche Wirkung des Stroms wird meist zur Strommessung genutzt?
Die magnetische Wirkung (z. B. im Drehspulinstrument).
Warum muss ein Amperemeter in Reihe geschaltet werden?
Damit alle Elektronen, die den Strom bilden, durch das Messgerät fließen.
Wie ist ein Amperemeter im Parkhausmodell zu vergleichen?
Mit einer Zählstation, die zählt, wie viele Autos pro Zeit vorbeifahren, nicht deren Energie.
Welche Anforderung muss ein gutes Amperemeter erfüllen?
s soll den Energieverlust der Elektronen möglichst gering halten, um die Messung nicht zu verfälschen.
Was ist das Idealprinzip eines Messgeräts?
Ein ideales Messgerät misst eine Größe, ohne sie zu verändern.
Warum ist dieses Idealprinzip nie vollständig erreichbar?
Jede Messung beeinflusst den Stromkreis zumindest minimal.
Warum ist das Temperaturmess-Beispiel eine schlechte Messung?
Das kalte Thermometer entzieht dem warmen Wasser Wärme und verfälscht dadurch das Messergebnis.
Was bedeutet die Messung der Spannung zwischen zwei Punkten?
Die Bestimmung der Energiedifferenz der Elektronen zwischen diesen Punkten.
Was passiert mit der Elektronenenergie in einer Lampe?
Ein Teil der Energie wird in Wärme und Licht umgewandelt.
Was ist ein Spannungsabfall?
Die Energiedifferenz der Elektronen vor und nach einem Verbraucher.
Wie wird die Spannung an einem Verbraucher gemessen?
Indem man ein Messgerät parallel zum Verbraucher schaltet.
Was passiert bei der Parallelschaltung eines Spannungsmessgeräts?
Der Strom verzweigt sich: Ein Teil fließt durch den Verbraucher, ein Teil durch das Messgerät.
Warum ist die Spannungsmessung eigentlich indirekt?
Weil sie über die Messung eines Stroms erfolgt, der Rückschluss auf die Spannung erlaubt.
Wie hängt Stromstärke mit Spannung zusammen?
Je größer die Spannung, desto größer die Stromstärke (bei gleichen äußeren Bedingungen).
Welche Eigenschaft muss ein gutes Spannungsmessgerät haben?
Es muss so konstruiert sein, dass nur ein sehr kleiner Strom durch es fließt.
Warum darf der Strom durch das Spannungsmessgerät nur klein sein?
Damit die Stromstärke im eigentlichen Stromkreis kaum verändert wird.
Warum ist der menschliche Körper ein elektrischer Leiter?
Das Körpergewebe besteht überwiegend aus Wasser, daher ist der Mensch ein „mittelguter“ elektrischer Leiter.
: Warum kann elektrischer Strom für den Körper gefährlich sein?
Weil körpereigene Steuerungsmechanismen (z. B. Nerven, Muskeln) auf elektrischen Vorgängen beruhen und durch Strom gestört werden können.
Frage: Wovon hängen die Folgen eines Stromschlags ab?
Von der Stromstärke durch den Körper
Davon, welche Körperteile vom Strom durchflossen werden
Warum ist Stromfluss durch die Herzgegend besonders gefährlich?
Er kann die Herzmuskulatur lähmen und zum Tod führen.
Warum ist es besonders gefährlich, beide Pole einer Steckdose mit den Händen zu berühren?
Weil der Strom dann direkt durch die Herzgegend fließen kann.
Warum haben Elektriker „eine Hand in der Hosentasche“?
Um zu verhindern, dass Strom von einer Hand zur anderen durch den Brustbereich fließt.
Wie entstehen die häufigsten Stromunfälle im Alltag?
Wenn Strom in eine Hand eintritt und über die Füße zur Erde abfließt (z. B. barfuß auf nassem Boden).
Welche Rolle spielt Feuchtigkeit bei Stromunfällen?
Feuchtigkeit senkt den Übergangswiderstand der Haut und erhöht die Stromstärke bei gleicher Spannung.
Warum ist in Badezimmern und Küchen besondere Vorsicht nötig?
Wegen erhöhter Feuchtigkeit und damit erhöhter Stromschlaggefahr.
Ist eine hohe Spannung allein ausschlaggebend für die Gefährlichkeit einer Stromquelle?
Nein, auch die Fähigkeit, einen großen Strom zu liefern, ist entscheidend.
Frage: Warum sind sehr hohe Spannungen bei statischer Elektrizität ungefährlich?
Weil trotz hoher Spannung nur sehr kleine Stromstärken fließen.
: Warum leuchten Phasenprüfer bei Luftballons oder Kunststofffolien?
Wegen sehr hoher Spannungen (über 20 000 V), obwohl diese ungefährlich sind.
Warum sind „Miniaturblitze“ wie beim Pulloverausziehen ungefährlich?
Weil nur sehr wenige Elektronen fließen und der Strom extrem klein ist.
Frage: Welche zwei Bedingungen machen eine Stromquelle gefährlich?
Hohe Spannung (U > 100 V)
Große lieferbare Stromstärke (I > 65 mA)
Warum ist eine Taschenlampenbatterie ungefährlich?
Obwohl sie Strom liefern kann, begrenzt der hohe Körperwiderstand die Stromstärke stark.
Warum ist ein aufgeladener Luftballon ungefährlich?
Er hat zwar hohe Spannung, kann aber nur eine extrem kleine Stromstärke liefern.
Was versteht man unter der technischen Stromrichtung?
Die technische Stromrichtung ist eine festgelegte Richtung, in der der Strom vom Pluspol zum Minuspol fließt.
Warum werden in vielen Geräten mehrere Batterien verwendet?
Weil die Spannung einer einzelnen Batterie (meist 1,5 V bzw. 1,2 V bei NiCd-Akkus) für viele Anwendungen nicht ausreicht.
Was versteht man unter einer Hintereinanderschaltung von Batterien?
Eine Verschaltung, bei der Batterien so verbunden werden, dass sich ihre Spannungen addieren.
ie berechnet man die Gesamtspannung bei einer Hintereinanderschaltung?
U(ges)=U(1)+U(2)+U(3)+…
ie erklärt das Parkhausmodell die Hintereinanderschaltung?
Mehrere Aufzüge sind übereinander angeordnet. Die Gesamthöhe entspricht der Summe der einzelnen Höhen – analog zur Summe der Spannungen.
Was bedeutet die Hintereinanderschaltung für Elektronen?
: Jedes Elektron erhält in jeder Stromquelle Energie; die Gesamtenergie pro Elektron entspricht der Gesamtspannung.
: Beispiel Auto-Batterie: Wie entsteht die Spannung von 12 V?Antwort: Durch die Hintereinanderschaltung von 6 Zellen mit jeweils 2 V
6⋅2V=12V
Welches Problem kann bei hintereinandergeschalteten Batterien auftreten?
Die Gesamtleistung wird durch die schwächste Zelle begrenzt.
Wie erklärt das Parkhausmodell dieses Problem?
Wenn ein Aufzug weniger Autos transportieren kann, bestimmt er die maximale Anzahl für das gesamte System.
Was versteht man unter einer Parallelschaltung von Batterien?
: Eine Verschaltung, bei der alle Batterien die gleiche Spannung liefern, sich aber ihre Kapazitäten addieren.
Wie verändern sich Spannung und Kapazität bei einer Parallelschaltung?
Spannung bleibt gleich
Gesamtkapazität ist die Summe der Einzelkapazitäten
ie erklärt das Parkhausmodell die Parallelschaltung?
Mehrere Aufzüge fahren auf die gleiche Höhe, wodurch insgesamt mehr Autos pro Zeit transportiert werden können.
Was ist eine Mischschaltung von Batterien?
Eine Kombination aus Hintereinanderschaltung und Parallelschaltung zur gleichzeitigen Erhöhung von Spannung und Kapazität.
Warum werden Stromstärke und Spannung im Alltag oft verwechselt?
Weil umgangssprachliche Begriffe stark von den physikalischen Definitionen abweichen, besonders bei der Spannung.
Was ist elektrischer Strom physikalisch gesehen?
Bewegte elektrische Ladung (meist Elektronen).
Was wird beim Tauchsiederversuch gemessen?
Spannung U, Stromstärke I und die Zeit t, die benötigt wird, um Wasser um eine feste Temperatur zu erwärmen.
Warum ist die zugeführte Energie im Tauchsiederversuch immer gleich?
Weil stets die gleiche Wassermenge um die gleiche Temperaturdifferenz erwärmt wird.
Wie verändert sich die Stromstärke bei steigender Spannung?
Je höher die Spannung, desto größer ist die Stromstärke.
Welcher Zusammenhang ergibt sich aus dem Quotienten U / I?
Er ist konstant (≈ 48,4 V/A) und entspricht dem elektrischen Widerstand.
Hängt die Erwärmungszeit nur von der Stromstärke ab?
Nein, sonst müsste das Zeitverhältnis dem Stromstärkenverhältnis entsprechen, was nicht der Fall ist.
Hängt die Erwärmungszeit nur von der transportierten Ladungsmenge Q ab?
Nein, denn trotz sehr unterschiedlicher Ladungsmengen ist die zugeführte Energie gleich.
Welche wichtige Erkenntnis folgt aus dem Tauchsiederversuch?
Nicht die Ladungsmenge allein, sondern die Energie pro Ladung (Spannung) ist entscheidend.
Woher stammt die Energie im elektrischen Stromkreis?
Aus der Stromquelle (z. B. Kraftwerk), wo Energie auf die Elektronen übertragen wird.
Frage: Welche Rolle spielen Elektronen im Stromkreis?
Sie sind die Träger der elektrischen Energie.
Was geschieht mit der Energie der Elektronen im Stromkreis?
Sie geben sie an Verbraucher wie Lampen, Motoren oder Heizgeräte ab.
: Warum sollen Energieverluste in Leitungen klein sein?
Weil sie sonst unnötige und gefährliche Erwärmung verursachen.
Warum ist bei höherer Spannung weniger Ladung nötig?
Weil jedes Elektron mehr Energie transportiert.
Wie lautet die Definition der elektrischen Spannung?
: Die elektrische Spannung gibt an, welche Energiemenge W pro Ladungseinheit Q umgesetzt wird.
Wie lautet die Formel für die elektrische Spannung?
U=Q/W
Wie lautet die Energieformel aus der Spannungsdefinition?
W=Q⋅U
Welche Einheit hat die Spannung?
Volt (V)
Was bedeutet 1 Volt physikalisch?
1 Volt = 1 Newtonmeter pro Amperesekunde (1 Nm/As)
Was zeigt die Rechnung mit einzelnen Elektronen?
Der Quotient aus Energie und Ladung ist unabhängig davon, ob man ein Elektron oder eine Gesamtladung betrachtet – er ist immer die Spannung.
Welches einfache Modell wird oft für Stromkreise verwendet?
Der Wasserkreislauf mit einer Pumpe.
Was stellt die Pumpe im Wassermodell dar?
Die Stromquelle (Elektronenpumpe).
Warum ist das Wassermodell für die Spannung unzureichend?
Weil es nicht richtig darstellt, dass Elektronen Energieträger sind.
Was stellt der Aufzug im Parkhausmodell dar?
Die Stromquelle, die den Elektronen Energie zuführt.
Welche Energie besitzen die Autos im Parkhausmodell?
Lageenergie (potenzielle Energie).
Wodurch wird die Energieabgabe der Autos bestimmt?
Durch das Gefälle der Bahn.
Wovon hängt die Helligkeit einer Lampe ab?
Von ihrer Leistung, nicht von ihrer Position im Stromkreis.
: Ist die Reihenfolge von Lampen in Reihe entscheidend?
Nein, die Leuchtstärke hängt nur von den Lampeneigenschaften ab.
Welche verbreitete Fehlvorstellung ist falsch?
Dass die „erste“ Lampe heller leuchtet, weil die Elektronen noch „frisch“ sind.
Was versteht man unter elektrischer Leitfähigkeit?
Die Fähigkeit eines Stoffes, elektrische Ladungen (meist Elektronen oder Ionen) zu transportieren.
Warum leiten Metalle elektrischen Strom?
Weil ihre Elektronen nicht fest an Atomkerne gebunden sind und sich frei bewegen können.
Welche Ladungsträger gibt es in Stoffen?
Negativ geladene Elektronen und positiv geladene Atomkerne.
Was passiert beim Verbinden zweier unterschiedlich geladener Körper mit einem Metall?
Es kommt zu einer Elektronenverschiebung, die einen Ladungsausgleich bewirkt.
Was bedeutet Elektronenüberschuss bzw. Elektronenmangel?
Elektronenüberschuss → negative Ladung
Elektronenmangel → positive Ladung
Warum ist das Gesamtsystem nach dem Ladungsausgleich neutral?
Weil sich die Elektronen so verteilen, dass positive und negative Ladungen sich ausgleichen.
Welche Rolle spielt eine Stromquelle im Stromkreis?
Sie ist keine Ladungsspeicher, sondern eine „Ladungspumpe“, die Elektronen ständig vom Plus- zum Minuspol transportiert.
Warum besteht am Minuspol Elektronenüberschuss und am Pluspol Elektronenmangel?
Weil die Stromquelle Elektronen kontinuierlich vom Pluspol zum Minuspol befördert.
Warum geht eine Lampe sofort an, wenn der Schalter geschlossen wird?
Weil sich die Information der Elektronenverschiebung mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.
Wie schnell bewegen sich Elektronen tatsächlich im Kabel?
Nur wenige Millimeter pro Sekunde.
Warum leiten Isolatoren keinen Strom?
Weil ihre Elektronen nicht frei beweglich sind.
Können Isolatoren elektrisch geladen werden?
Ja, durch Reibung, bei der Elektronen an der Oberfläche abgegeben oder aufgenommen werden.
Wie unterscheidet sich die Ladungsverteilung bei Isolatoren von Metallen?
Bei Isolatoren bleibt die Ladung auf die Oberfläche beschränkt, bei Metallen verteilt sie sich im ganzen Körper.
Was sind Halbleiter?
toffe mit einer Leitfähigkeit zwischen Leitern und Isolatoren.
Wovon hängt die Leitfähigkeit von Halbleitern stark ab?
Von der Temperatur.
Was bewirkt Erwärmung bei Halbleitern?
Mehr Elektronen werden frei beweglich, die Leitfähigkeit steigt.
Was versteht man unter Dotierung?
Das gezielte Einfügen geringer Mengen von Fremdatomen zur Veränderung der Leitfähigkeit.
Was ist eine Diode?
Ein Bauteil aus unterschiedlich dotierten Halbleitern, das Strom nur in eine Richtung durchlässt.
orin unterscheiden sich Halbleiter von Metallen?
In Halbleitern sind Elektronen an bestimmte Atomkerne gebunden.
Warum leitet destilliertes Wasser keinen Strom?
Weil es keine freien Ladungsträger (Ionen) enthält.
Warum leitet Salzwasser elektrischen Strom?
Weil gelöste Salze in Ionen zerfallen, die sich frei bewegen können.
Was sind Ionen?
Elektrisch geladene Atome oder Moleküle.
Wie zerfällt Kochsalz in Wasser?
NaCl → Na⁺ + Cl⁻
Was sind Kationen und Anionen?
Kationen: positiv geladene Ionen
Anionen: negativ geladene Ionen
Wohin wandern Kationen und Anionen im elektrischen Feld?
Kationen → Kathode (Minuspol)
Anionen → Anode (Pluspol)
Frage: Was ist Rekombination?
Die Vereinigung von Ionen mit Elektronen zu neutralen Atomen an den Elektroden.
Warum entstehen bei Elektrolyse Gasblasen?
Durch Rekombination entstehen gasförmige Stoffe wie Wasserstoff und Sauerstoff.
as versteht man unter Elektrolyse?
Die Zerlegung von Stoffen durch elektrischen Strom in einer Flüssigkeit.
Warum bildet sich Metall immer an der Kathode?
Antwort: Weil Metallionen positiv geladen sind und dort Elektronen aufnehmen.
as zeigt ein Ausschlag der Blättchen im Elektroskop?
Das Elektroskop ist elektrisch geladen.
Kann ein Elektroskop anzeigen, ob die Ladung positiv oder negativ ist?
Nein, nur ob Ladung vorhanden ist.
Was passiert, wenn man ein geladenes Elektroskop mit der Hand berührt?
Es entlädt sich, die Blättchen fallen zusammen.
Was passiert bei Berührung eines stark geladenen Körpers mit einem schwächer geladenen (gleiche Ladungsart)?
Ladung fließt vom stärker zum schwächer geladenen Körper.
Was geschieht, wenn entgegengesetzt gleich große Ladungen zusammentreffen?
Sie neutralisieren sich vollständig.
Was zeigt der Versuch mit Metall- und Plastikplatte auf dem Elektroskop?
Entgegengesetzte Ladungen heben sich auf, solange sie zusammen sind.
Woraus bestehen alle Stoffe?
Aus Atomen.
Wie ist ein Atom vereinfacht aufgebaut?
Positiv geladener Kern und negativ geladene Elektronen in der Hülle.
Positive Kernladung und negative Elektronenladung sind gleich groß.
: Was passiert beim Reiben zweier Körper auf atomarer Ebene?
Elektronen gehen von einem Körper auf den anderen über.
Wenn er Elektronenmangel hat.
Wenn er einen Elektronenüberschuss besitzt.
Was ist elektrischer Strom?
Die Bewegung von elektrischer Ladung, konkret von Elektronen.
In welche Richtung fließen Elektronen bei einem Strom?
Vom negativen zum positiven Pol.
Welche Einheit hat die Stromstärke?
Ampere (A).
Welche Geräte können elektrischen Strom liefern?
atterien, Akkumulatoren, Generatoren, Netzgeräte.
nterschied zwischen Batterie und Akku?
Batterie: nicht wiederaufladbar
Akku: wiederaufladbar
Was ist die physikalische Größe der elektrischen Ladung?
Ladung mit dem Formelzeichen Q.
Wie lautet der Zusammenhang zwischen Ladung, Stromstärke und Zeit?
Q = I · t
Welche Einheit hat die elektrische Ladung?
Amperesekunde (As) bzw. Coulomb (C).
Was bedeutet die Angabe „45 Ah“ auf einer Autobatterie?
Es können insgesamt 45 Amperestunden Ladung transportiert werden.
Was ist ein Elektron?
Ein negativ geladenes Elementarteilchen.
Wer bestimmte die Elementarladung experimentell?
Robert A. Millikan.
Wie groß ist die Elementarladung e?
: e = 1,602 · 10⁻¹⁹ C
Warum ist elektrischer Strom trotz kleiner Elementarladung messbar?
Weil extrem viele Elektronen gleichzeitig fließen.
Wie viele Elektronen fließen bei 1 A Strom in 1 s?
Etwa 6,24 · 10¹⁸ Elektronen.
Warum können sich Haare nach dem Reiben „aufstellen“?
Durch elektrische Kräfte, die beim Reiben entstehen. Diese Kräfte können anziehend oder abstoßend wirken.
Welche Wirkung haben gleichartige elektrische Ladungen aufeinander?
Gleichartige Ladungen stoßen sich ab.
Welche Wirkung haben ungleichartige elektrische Ladungen aufeinander?
Ungleichartige Ladungen ziehen sich an.
Was zeigen Experimente mit zwei geriebenen Hartgummistäben?
Sie stoßen sich ab → sie tragen die gleiche Ladungsart.
Was passiert, wenn ein geriebener Glasstab und ein geriebener Hartgummistab einander genähert werden?
Sie ziehen sich an → sie sind entgegengesetzt geladen.
Wie heißen die beiden Arten elektrischer Ladung?
Positive Ladung und negative Ladung.
Wie kann man feststellen, ob ein Körper elektrisch geladen ist?
Mit einer Glimmlampe oder einem Elektroskop.
Wie ist eine Glimmlampe aufgebaut?
: Glasröhrchen mit Edelgas (z. B. Neon), zwei nahe beieinanderliegenden Drähten und Metallkappen an den Enden.
: Wie zeigt eine Glimmlampe die Ladungsart eines Körpers an?
Negativ geladen: Leuchten an der berührten Seite
Positiv geladen: Leuchten an der handseitigen Elektrode
Wozu dient ein Phasenprüfer im Haushalt?
Zum Prüfen, ob an einer Steckdose Spannung anliegt.
Was zeigt das Aufleuchten einer Glimmlampe ohne direkten Kontakt an?
Es findet Ladungstransport durch die Luft statt.
Was versteht man unter Ladungstransport?
Die Bewegung elektrischer Ladung von einem Ort zu einem anderen.
Welches Gerät nutzt die Abstoßung gleichartiger Ladungen zur Anzeige?
Das Elektroskop.
Wie ist ein Blättchenelektroskop aufgebaut?
Zwei dünne Metallblättchen im Gehäuse, verbunden mit einer Metallkugel, elektrisch isoliert vom Gehäuse.
Wie kann man mit einem Knallgasvoltameter die Stromstärke messen?
Man misst Gasmenge und Zeit und berechnet daraus die Stromstärke.
Was bedeutet Kalibrierung eines Messgeräts?
Das Beschriften der Skala eines Messgeräts mit bekannten Stromstärken.
Warum ist „Eichung“ hier nicht der richtige Begriff?
ichung ist eine behördliche Tätigkeit und dem Eichamt vorbehalten.
Wie nennt man Strommessgeräte allgemein?
Amperemeter
Wird elektrischer Strom „verbraucht“?
Nein, der Strom wird nicht verbraucht.
Wie ist die Stromstärke in einem Stromkreis mit Reihenschaltung?
Sie ist an jeder Stelle gleich groß.
Was passiert mit der Stromstärke beim Vertauschen von Verbrauchern?
Sie bleibt unverändert.
Faktor Verteilung der Stromstärke in einem Stromkreis
In einem Stromkreis, der aus mehreren hintereinandergeschalteten Verbrauchern besteht, ist die Stromstärke I an jeder Stelle des Stromkreises gleich groß!
Was sind physikalische Größen?
hysikalische Größen sind messbare Eigenschaften, die zur exakten Beschreibung physikalischer Vorgänge verwendet werden.
Welche Arten physikalischer Größen gibt es?
Es gibt Basisgrößen und abgeleitete Größen.
Was sind Basisgrößen?
Basisgrößen sind grundlegende physikalische Größen, aus denen alle anderen Größen abgeleitet werden können.
Welche drei Basisgrößen der Mechanik kennst du?
Länge (Meter, m)
Masse (Kilogramm, kg)
Zeit (Sekunde, s)
Was sind abgeleitete Größen?
Abgeleitete Größen entstehen durch Kombination von Basisgrößen (z. B. Geschwindigkeit = Meter pro Sekunde).
Frage: Warum müssen Basisgrößen exakt festgelegt sein?
Weil sie die Grundlage des gesamten Einheitensystems bilden und genaue Messungen ermöglichen müssen.
Wie können Basisgrößen festgelegt werden?
Durch Prototypen (z. B. Urkilogramm)
Durch ein genau definiertes Messverfahren
Welche elektrische Grundgröße wird eingeführt?
Die elektrische Stromstärke.
Warum wird die Stromstärke als elektrische Grundgröße gewählt?
Weil mit ihr alle elektrischen und magnetischen Phänomene beschrieben werden können.
Wie erkennt man, dass ein Strom stärker ist als ein anderer?
Zum Beispiel daran, dass eine baugleiche Glühlampe heller leuchtet.
Wie lautet die Basiseinheit der Stromstärke?
Ampere (A)
Was ist das MKSA-System?
t: Ein Einheitensystem aus:Meter – Kilogramm – Sekunde – Ampere
Welche weiteren Basisgrößen ergänzen das MKSA-System?
Temperatur
Beleuchtungsstärke
Stoffmenge
Wie ist das Ampere gesetzlich definiert?
Über die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms zwischen zwei parallelen Leitern im Vakuum.
Welche weitere Möglichkeit gibt es, die Stromstärke festzulegen?
Über die chemische Wirkung des elektrischen Stroms.
Was passiert beim Stromfluss durch verdünnte Schwefelsäure?
Es entstehen Wasserstoff (H₂) am Minuspol und Sauerstoff (O₂) am Pluspol.
Wie heißt das Gerät zur Auffangung der Gase?
Hofmannscher Apparat bzw. Knallgasvoltameter
as ist Knallgas?
Eine explosive Mischung aus Wasserstoff und Sauerstoff.
Wovon hängt die Gasmenge im Knallgasvoltameter ab?
Von der Zeit t
Von der Stromstärke I
Wie ist die Gasmenge mathematisch abhängig?
Sie ist proportional zu Zeit und Stromstärke.
Wie viel Knallgas entsteht bei 1 A in 1 s?
0,174 cm³
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