Elektrizität

Ein Strom der Stärke I = 1 A lässt in der Zeit t = 1 s eine Menge von V = 0,174 cm^3 Knallgas entstehen.

Das elektrische Potenzial an ihren Oberflächen.

Die Gesamtladung Qges.

Vom Radius der Kugel und vom gemeinsamen Oberflächenpotenzial.

Q proportional zu r

Qges = Q1 + Q2

Qx = Qges * r / (r1 + r2)

Welche Ladungsmenge Q kann ein Körper bei gegebener Spannung U aufnehmen?

Das elektrische Potenzial, nicht die Ladung.

Von ihren Ladungen und dem Abstand ihrer Mittelpunkte.

Welche Ladungsmenge Q nimmt ein Körper auf, wenn er an eine Spannung U angeschlossen wird?

Einen Körper oder eine Anordnung, die elektrische Ladung speichern kann.

Potenzial ist elektrische Arbeit pro Ladung.

Q = -4 * pi * epsilon0 * r * U

n = Q / e

e = 1.602 * 10^-19 As

Weil nur der Betrag der Ladung für die Anzahl der Elektronen entscheidend ist.

Q ist proportional zu U.

Die Ladung wird sechsmal so groß.

C = Q / U

Farad (F)

Bei 1 V Spannung wird eine Ladung von 1 As aufgenommen.

Weil nur sehr wenige reale Körper so große Kapazitäten besitzen.

C = 4 * pi * epsilon0 * r

Picofarad (pF)

nano (n)

pico (p)

Aus zwei gegenüberstehenden Metallplatten.

Ein homogenes elektrisches Feld.

E = U / d

D = epsilon0 * E

Qi = D * A

Qi = Q

C = epsilon0 * A / d

Die Kapazität sinkt.

Die Kapazität steigt.

Die Spannung U.

Die Ladung Q.

Ein elektrisch nicht leitendes Material zwischen den Platten.

Es schwächt das Feld durch Polarisation.

C = epsilon0 * epsilonR * A / d

Die Kapazität wird um den Faktor epsilonR vergrößert.

Grundformel der elektrischen Energie im Stromkreis?Antwort:

Die Kapazität wird um den Faktor epsilonR vergrößert.

Wel = U * I * t

Wel = 1/2 * C * U^2

Sie vervierfacht sich.

Direkt als elektrische Ladung.

Indirekt als chemische Energie.

Strom ist fließende Ladung und kann nicht gespeichert werden.

Cges = C1 + C2

1 / Cges = 1 / C1 + 1 / C2

Qges = Q1 = Q2

uF = 10^-6

FnF = 10^-9

FpF = 10^-12 F

C = 4 * pi * epsilon0 * r

C = epsilon0 * epsilonR * A / d

Wenn sich Luft oder Vakuum zwischen den Platten befindet (epsilonR ≈ 1).

W = 1/2 * C * U^2

Cges = C1 + C2 + ...

1 / Cges = 1 / C1 + 1 / C2 + ...

Weil man nur Anfangs- und Endzustand vergleichen muss und Rechnungen dadurch einfacher werden.

Weil sich Feldstärke und Kraft entlang des Weges ständig ändern.

Die Arbeit hängt nur von Anfangs- und Endpunkt ab, nicht vom Weg.

Die Höhe eines Berges im Gravitationsfeld.

: Von der Differenz einer „elektrischen Höhe“ zwischen Start- und Endpunkt.

Weil man einem einzelnen Punkt nur relativ zu einem festen Nullpunkt einen Potenzialwert zuordnen kann.

Das Unendliche, wo die elektrische Feldstärke null ist.

Die elektrische Arbeit pro positiver Ladung, die nötig ist, um sie aus dem Unendlichen dorthin zu bringen.

phi(r) = 1 / (4 * pi * epsilon0) * Q / r

Nein, es ist eine skalare Größe.

Ja, sie ist eine vektorielle Größe.

Sie addieren sich einfach algebraisch.

Antwort: Sie müssen vektoriell unter Berücksichtigung der Richtung addiert werden.

Potenzial entspricht der Höhe, Feldstärke der Hangneigung.

Die Potenziale addieren sich.

Ein Punkt mit ebenem Gelände, aber labilem Gleichgewicht.

t: Sie ist dort null.

Potenzial ist null, Feldstärke ist maximal.

Weil sich Anziehung und Abstoßung genau ausgleichen.

Wel = q * phi

Weil Energien über einfache Differenzen berechnet werden können.

Elektrische Energie wird in kinetische Energie umgewandelt oder umgekehrt.

Delta Wel = Delta Ekin

Ekin = 1/2 * m * v^2

Weil sie vom Feld angezogen werden und „von selbst“ beschleunigt werden.

Es nimmt gleichmäßig mit dem Abstand ab.

U = Delta phi

Spannung ist die Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten.

E = U / d

Die Energie, die ein Elektron beim Durchlaufen einer Spannung von 1 V gewinnt oder verliert.

1 eV = 1.602 * 10^-19 Ws

Ihre Oberflächen haben dasselbe elektrische Potenzial.

Um Potenzialdifferenzen auszugleichen.

: Die Gesamtladung.

Es findet ein Potenzialausgleich statt, bei dem sich die Ladung neu verteilt.

Vom Pluspol zum Minuspol.

Vom Minuspol zum Pluspol.

Die technische Stromrichtung beruht auf einer historischen Festlegung, bevor man Elektronen kannte.

Weil die meisten Gesetze unabhängig von der Stromrichtung gelten und man keine Schaltpläne ändern wollte.

Elektronenüberschuss am Minuspol und Elektronenmangel am Pluspol.

Weil die Energieübertragung durch das elektrische Feld nahezu sofort erfolgt, nicht durch einzelne Elektronen.

Transport von Energie.

Das Parkhaus-Modell mit Autos und Aufzug.

Die Anzahl der Autos pro Zeit (bewegte Elektronen pro Zeit).

Die Höhe des Stockwerks (Energie pro Auto).

Spannung ist Energie pro Ladung.Formel: U = W / q

Formel: Wel = U * I * t

Formel: Pel = U * I

Volt (V)1 V = 1 Nm / As

Watt (W)1 W = 1 V * 1 A

Wattsekunde (Ws) oder Kilowattstunde (kWh)

1 kWh = 3,6 * 10^6 Ws

Arbeit und Energie sind zwei Seiten derselben Größe und haben dieselbe Einheit.

– Gleichnamige Ladungen werden einander genähert

– Ungleichnamige Ladungen werden voneinander entfernt

– Ungleichnamige Ladungen werden einander genähert

– Gleichnamige Ladungen werden voneinander entfernt

Formel: W = F * s

Weil Betrag und Richtung der Kraft sich entlang des Weges ständig ändern.

Weil die verrichtete Arbeit nur von Anfangs- und Endpunkt abhängt.

Bewegungen entlang gleicher Feldlinien (gleiche potenzielle Energie).

Ein Potenzialberg im Schwerefeld.

Sie steigt quadratisch an (1 / r^2).

Antwort: Zerlegung des Weges in viele kleine Teilstrecken mit angenäherter konstanter Kraft.

Antwort: Von der Differenz der Abstände zum Zentrum (rA und rB).

Wel_AB = (1 / (4 * pi * epsilon0)) * Q * q * (1 / rB - 1 / rA)

Antwort: Energie muss aufgewendet werden (z. B. Annäherung gleichnamiger Ladungen).

Antwort: Das Feld verrichtet Arbeit (Rückenwind).

Antwort: Im elektrischen Feld hängt die Arbeit nur von der Differenz der elektrischen Potenziale ab, nicht vom Weg.

Weil sich viele anziehende und abstoßende Kräfte überlagern und schwer zu berechnen sind.

Einen veränderten Zustand des Raums, der auf Probekörper wirkt.

Gravitationsfeld, elektrisches Feld, magnetisches Feld.

: Eine (positive) Ladung, mit der man Eigenschaften eines elektrischen Feldes untersucht.

E = F/Q

Newton pro Amperesekunde (N/As).

Weil sie sowohl einen Betrag als auch eine Richtung besitzt.

Die Richtung und relative Stärke eines elektrischen Feldes.

An dicht beieinanderliegenden Feldlinien.

Entlang der Tangente an die Feldlinie.

Radialsymmetrisch, Feldlinien zeigen nach außen.

Radialsymmetrisch, Feldlinien zeigen zur Ladung hin.

: Ein Feld mit überall gleicher Feldstärke und gleicher Richtung (z. B. zwischen zwei Platten).

Die Verschiebung von Ladungen in einem Leiter durch ein elektrisches Feld.

Weil Elektronen wegwandern und ein Elektronenmangel (positive Ladung) zurückbleibt.

Das durch Influenz erzeugte Feld, das dem äußeren elektrischen Feld entgegengerichtet ist.

Wenn äußeres Feld und Influenzfeld gleich groß sind.

Ein leitender Körper, dessen Inneres durch Influenz vor äußeren elektrischen Feldern geschützt ist.

egen der Abschirmung durch den Faraday-Käfig-Effekt.

Mit zwei leitenden Körpern, die im Feld getrennt und danach gemessen werden.

Von der Feldstärke E und der Fläche A.

Qi​∼E⋅A

Eine Naturkonstante, die den Zusammenhang zwischen Influenz und Feldstärke beschreibt.

Der Quotient aus Influenzladung und Fläche:

D=Qi/A

As/m^2

D = Epsilon 0 * E

Sowohl in homogenen als auch in radialsymmetrischen elektrischen Feldern.

Eine geschlossene Kugeloberfläche.

Henry Cavendish (1731–1810).

Weil damit der Proportionalitätsfaktor kkk im Coulomb-Gesetz bestimmt werden kann.

Eine geladene Metallkugel wird von zwei zunächst neutralen Halbkugeln vollständig umschlossen.

Es erzeugt Influenzladungen: innen entgegengesetzte, außen gleichartige Ladung.

Fehlende Elektronen fließen zu, die Halbkugeln werden insgesamt negativ geladen.

Weil sich die Ladung nach dem Trennen der Halbkugeln nicht mehr ausgleichen kann.

Durch erneutes Erden der Halbkugeln nach dem Entfernen von der Innenkugel.

t: Die influenzierte Ladung ist betragsgleich zur felderzeugenden Ladung:

Qi=Q*F

Weil es unabhängig von Radius, Abstand und Form der Kugel gilt.

1. QF ​: felderzeugende Ladung

2. q: Probeladung

F = k * (QF * q)/r^2

Durch Division durch die Probeladung: E = F/q = k * (Qf/r^2)

D = E * Epsilon0

Die Oberfläche einer Kugel:

A = 4Pir^2

Weil der Kugelradius gleich dem Abstand zur felderzeugenden Ladung ist

k = 1 / 4Pi * Epsilon0

P = (1 / (4Pi * Epsilon0) * ((Q1Q2)/r^2)

E = (1/(4Pi * Epsilon0)) * (Q/r^2)

Weil die geometrische Ausdehnung der Ladung keinen Einfluss auf das äußere Feld hat.

: Die vollständige Umhüllung der Ladung (Matroschka-Prinzip).

Nur die Gesamtladung – unabhängig von der inneren Struktur.

Weil sie die Ladung pro Fläche beschreibt.

Keinen – nur die Gesamtladung ist entscheidend.

Elektrische Felder sind vollständig durch eingeschlossene Ladungen bestimmt.

Es verbindet Influenz, Feldstärke und Coulomb-Gesetz konsistent miteinander.

Weil sie extrem klein sind und sehr empfindliche Messgeräte erfordern.

Auguste Coulomb um 1785.

: Mit einer Drehwaage.

Die elektrische Kraft verdreht einen dünnen Draht; die Verdrehung wird über einen Spiegel und einen Lichtpunkt gemessen.

Vom Produkt der Ladungsbeträge Q1⋅Q2 und vom Abstand r der Ladungen.

Die Kraft vervierfacht sich.

Sie ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands: F∼1r2F \sim \frac{1}{r^2}F∼r21​.

F = (Q1 * Q2)/ r^2

Weil er später über die elektrische Feldstärke und Influenz bestimmt wird.

→ Knistern beim Ausziehen eines Pullovers, kleiner elektrischer Schlag beim Berühren von Metall, haftende Verpackungsflocken, „fliegende Haare“.

Woher stammt der Begriff „Elektrizität“?

→ Positive und negative Ladung (früher: Glas- und Harzelektrizität).

→ Seit Beginn des 20. Jahrhunderts.

→ Das BOHRsche Atommodell (Elektronen kreisen um einen positiven Kern).

→ Anzahl der Protonen = Anzahl der Elektronen.

→ Wenn gleich viele positive wie negative Ladungen vorhanden sind.

→ Bei Elektronenmangel.

→ Bei Elektronenüberschuss.

→ Elektronen sind beweglich, Protonen sind ortsgebunden.

→ Ein Stoff, in dem sich Elektronen frei bewegen können (z. B. Metalle).

→ Ein Stoff, in dem Elektronen fest gebunden sind (z. B. Kunststoffe).

→ Durch Kontakt mit einem anders geladenen Körper (Elektronenübergang).

→ Beide werden elektrisch neutral.

→ Ableitung überschüssiger Ladung in die Erde.

→ Sie ist elektrisch neutral und sehr groß.

→ Zum Schutz vor gefährlichen Spannungen.

→ Pluspol: Elektronenmangel, Minuspol: Elektronenüberschuss.

→ Vom Minuspol zum Pluspol.

→ Kurzzeitig fließender Strom beim Auf- oder Entladen eines Körpers.

→ Elektronen werden durch Reibung aus Atomen gelöst und erzeugen Oberflächenladungen.

→ Elektronen verteilen sich sofort im ganzen Körper.

→ Weil sich Elektronen dort nicht bewegen und nicht ausgleichen können.

→ Sie stoßen sich ab.

→ Sie ziehen sich an.

→ Gleichnamig geladene Haare stoßen sich ab (Reibungselektrizität).

→ Durch plötzlichen Ladungsausgleich (Entladung).

→ Ladungsverschiebung in einem Leiter durch Annäherung eines geladenen Körpers ohne Berührung.

→ Nein, nur die Verteilung der Ladungen.

→ Ungleichnamige Ladungen sind näher beieinander als gleichnamige.

→ Durch Influenz und geringe Leitfähigkeit der Decke (Feuchtigkeit).

→ Das Vorhandensein und die Stärke elektrischer Ladung.

→ In beiden Fällen entsteht Abstoßung gleichnamiger Ladungen.

→ Wegen Influenz.

→ Wenn tatsächlich Ladung übertragen wird (Berührung).

→ Erdung → Entladung → Blättchen fallen zusammen.

→ Q

→ Q = I · t

→ Amperesekunde (As)

→ Weil Ampere bereits einen Zeitbezug enthält.

→ In Amperestunden (Ah oder mAh).

→ e = 1,602 · 10⁻¹⁹ As

→ Ca. 6,24 · 10¹⁸ Elektronen.

→ Sie sind extrem klein und folgen nicht klassischen Alltagsvorstellungen.

Eine Elektronenröhre ist ein evakuierter Glaskolben, in dem sich Elektronen zwischen Elektroden bewegen können.

Damit Elektronen stoßfrei beschleunigt werden und keine Energie durch Zusammenstöße mit Luftmolekülen verlieren.

Glühkathode, Anode (bei Trioden zusätzlich: Steuergitter)

Austritt von Elektronen aus einer erhitzten Metalloberfläche (meist Kathode).

Durch hohe Temperatur erhalten Elektronen genug Energie, um die Austrittsarbeit des Metalls zu überwinden.

indestenergie, die ein Elektron benötigt, um das Metall zu verlassen.

e höher die Temperatur der Kathode, desto mehr Elektronen werden emittiert → größerer Strom.

Geringe Austrittsarbeit und hohe Temperaturbeständigkeit.

Glühkathode (−) und Anode (+) im Vakuum.

Elektronen fließen nur von der Kathode zur Anode, nicht umgekehrt.

Elektronen werden von der negativ geladenen Anode abgestoßen.

Maximaler Strom, wenn alle emittierten Elektronen zur Anode gelangen.

Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung.

Lässt nur eine Halbwelle der Wechselspannung durch.

Strom fließt nur während der positiven Halbwelle.

eringe Energieausnutzung, starke Spannungsschwankungen.

Nein, echte Verstärkung ist erst mit Trioden möglich.

Sie zeigt die Grundidee der Stromsteuerung durch elektrische Felder.

Elektronenwolke vor der Kathode begrenzt den Strom → Raumladungsstrom.

Strom wird nicht durch die Anode, sondern durch die Elektronendichte nahe der Kathode begrenzt.

👉 Röhre: Vakuum & Glühemission

👉 Halbleiter: pn-Übergang

Funktioniert auch bei sehr hohen Spannungen und Temperaturen.

Großer Energieverbrauch, Wärmeentwicklung, empfindlich.

Elektrischer Strom, der immer in die gleiche Richtung fließt.

Batterien, Akkus, Solarzellen.

Sie bleibt konstant (idealerweise).

In elektronischen Geräten (Handy, Laptop, LEDs).

⎓ oder „DC“.

Strom, der periodisch seine Richtung ändert.

Kraftwerke / Steckdose.

50 Hz (50 Richtungswechsel pro Sekunde).

Sie schwingt sinusförmig zwischen positiven und negativen Werten.

: ~ oder „AC“.

Weil er sich leicht transformieren und über große Entfernungen effizient transportieren lässt.

: Elektronische Bauteile arbeiten nur mit einer festen Stromrichtung.

Mit einem Gleichrichter (z. B. im Netzteil).

Ein Drehspulenperemeter ist ein Messgerät zur Messung sehr kleiner elektrischer Ströme. Es nutzt die Drehung einer stromdurchflossenen Spule im Magnetfeld.

: Es besteht aus einer drehbar gelagerten Spule, einem Permanentmagneten, einer Rückstellfeder und einem Zeiger mit Skala.

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.

Der Ausschlag ist proportional zur Stromstärke (lineare Skala).

Hohe Genauigkeit, lineare Skala, gute Ablesbarkeit.

Empfindlich gegenüber Erschütterungen, nur für Gleichstrom geeignet (ohne Zusatzschaltung).

Ein Spiegelgalvanometer ist ein extrem empfindliches Strommessgerät zur Messung sehr kleiner Ströme.

Es besitzt eine sehr leichte Drehspule oder einen Leiterrahmen mit einem kleinen Spiegel, der an einem dünnen Faden aufgehängt ist.

Ein Strom erzeugt ein Drehmoment auf die Spule. Der Spiegel dreht sich und lenkt einen Lichtstrahl ab, der auf einer Skala sichtbar wird.

Der Lichtzeiger ermöglicht eine berührungslose, sehr genaue Messung kleinster Drehwinkel.

Wegen der geringen Masse der beweglichen Teile und der optischen Verstärkung durch den Lichtstrahl.

In der Experimentalphysik und bei Präzisionsmessungen sehr kleiner Ströme.

Der Elektromagnetismus – ein elektrischer Strom erzeugt ein Magnetfeld.

Elektrische Energie → mechanische Energie (Bewegung)

Auf ihn wirkt eine Kraft (Lorentzkraft).

Die Kraft, die auf bewegte elektrische Ladungen im Magnetfeld wirkt.

Weil auf verschiedene Leiterstücke entgegengesetzte Kräfte wirken, die ein Drehmoment erzeugen.

Er erzeugt Nord- und Südpole, die mit dem äußeren Magnetfeld wechselwirken.

Die Polrichtung des Elektromagneten kehrt sich um.

Weil die Stromrichtung regelmäßig umgekehrt wird und das Drehmoment erhalten bleibt.

Durch einen Kommutator.

Er kehrt die Stromrichtung in der Spule nach jeder halben Umdrehung um.

• Dauermagnete

• Elektromagnete

Der Elektromotor nutzt elektromagnetische Kräfte, um elektrische Energie in Drehbewegung umzuwandeln.

Mit zunehmendem Abstand wird das Magnetfeld schwächer.

1. von der Stromstärke I

2. vom Abstand r zum Leiter

B=(μ0​⋅I)/(2πr)

Die magnetische Feldkonstante (Permeabilität des Vakuums).

Mit Eisenfeilspänen oder einer Kompassnadel.

Ein Elektromagnet ist ein Magnet, dessen Magnetfeld durch elektrischen Strom erzeugt wird.

1. einer Spule (Drahtwicklung)

2. einem Eisenkern (meist Weicheisen)

3. einer Stromquelle

Weil sich die magnetischen Domänen im Eisen ausrichten und das Magnetfeld bündeln.

Durch Ein- und Ausschalten des Stroms.

1. von der Stromstärke I

2. von der Anzahl der Windungen

3. vom Kernmaterial

4. von der Form der Spule

Die Nord- und Südpole tauschen ihre Plätze.

Mit der Rechte-Hand-Regel für Spulen.

Finger → Stromrichtung in den Windungen

Daumen → Nordpol der Spule

1. ein- und ausschaltbar

2. Magnetstärke veränderbar

3. Polrichtung umkehrbar

1. Schrottkräne

2. Relais

3. Elektromotoren

4. Lautsprecher

5. elektrische Klingeln

Weicheisen wird leicht magnetisiert und verliert seine Magnetisierung schnell wieder.

Die Spule wirkt trotzdem als Magnet, aber deutlich schwächer.

Der elektrische Strom beschreibt die Bewegung der Ladungsträger.

Die Stromstärke gibt die Menge an Ladungsträgern an, die in einer bestimmten Zeit durch eine bestimmte Fläche fließen. Sie wird in Ampere [A] angegeben.

Um den Leiter entsteht ein Magnetfeld.

: Die Magnetfeldlinien verlaufen kreisförmig um den Leiter.

Mit der Rechte-Hand-Regel.

Daumen → Stromrichtung (technische Stromrichtung) Gekrümmte Finger → Richtung der Magnetfeldlinien

: Das Magnetfeld wird stärker.

Die Stromstärke in einem unverzweigten Stromkreis ist überall gleich gut.

Das Wassermodell der E-Lehre vergleicht einen Wasserkreislauf mit einem Stromkreislauf. Es soll helfen den elektrischen Strom besser zu verstehen.

Ein Vergleichsmodell, das elektrische Größen mithilfe von Wasser in Rohren erklärt, um Stromkreise anschaulich darzustellen.

Der elektrische Strom (I) entspricht der Wassermenge pro Zeit, die durch ein Rohr fließt.

Die Spannung (U) entspricht dem Wasserdruck oder dem Höhenunterschied zwischen zwei Punkten.

Mit einer Engstelle im Rohr, z. B. einem dünnen Rohr oder einem Ventil, das den Wasserfluss bremst.

Als Pumpe, die Wasser von niedrigem zu höherem Druck befördert.

Es fließt mehr Wasser → im elektrischen Modell: größerer Strom bei gleichem Widerstand.

Mehr Druck (U) → mehr Durchfluss (I),größere Engstelle (R) → weniger Durchfluss→ U = R · I

Ein unterbrochenes Rohr, durch das kein Wasser fließen kann.

Ein sehr breites Rohr ohne Widerstand, durch das extrem viel Wasser fließt.

Zum Verständnis von Strom, Spannung, Widerstand und einfachen Stromkreisen.

Bei Wechselstrom, Elektronenbewegung, elektrischen Feldern und Halbleitern.

Nein. Wie beim Wasser im geschlossenen Kreislauf bleibt der Strom erhalten – nur Energie wird abgegeben.

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?

Elektronen (negativ geladene Teilchen).

1. Technisch: Plus → Minus

2. Physikalisch: Minus → Plus ➡️ Sie verlaufen entgegengesetzt.

Die technische Stromrichtung (Plus → Minus).

Die technische Stromrichtung, da alle Formeln darauf basieren.

Nein. Sie ist eine Konvention und vollkommen korrekt für Praxis, Berechnungen und Schaltpläne.

Elektrischer Strom besteht aus der Bewegung negativ geladener Elektronen.

Elektrische Phänomene wurden erforscht, bevor die Elektronenbewegung bekannt war, daher musste eine willkürliche Stromrichtung festgelegt w

Als von Plus nach Minus.

Weil sich Elektronen tatsächlich vom Minuspol zum Pluspol bewegen.

Weil elektrische Gesetze, Schaltpläne, Gerätebeschreibungen und Symbole bereits darauf basierten.

Die konventionell festgelegte Richtung von Plus nach Minus.

Die tatsächliche Bewegung der Elektronen von Minus nach Plus.

Die technische Stromrichtung, sofern nichts anderes angegeben ist.

Festzustellen, wie viel Ladungsmenge Q in einer bestimmten Zeit t durch einen Leiterquerschnitt fließt.

Die magnetische Wirkung (z. B. im Drehspulinstrument).

Damit alle Elektronen, die den Strom bilden, durch das Messgerät fließen.

Mit einer Zählstation, die zählt, wie viele Autos pro Zeit vorbeifahren, nicht deren Energie.

s soll den Energieverlust der Elektronen möglichst gering halten, um die Messung nicht zu verfälschen.

Ein ideales Messgerät misst eine Größe, ohne sie zu verändern.

Jede Messung beeinflusst den Stromkreis zumindest minimal.

Das kalte Thermometer entzieht dem warmen Wasser Wärme und verfälscht dadurch das Messergebnis.

Die Bestimmung der Energiedifferenz der Elektronen zwischen diesen Punkten.

Ein Teil der Energie wird in Wärme und Licht umgewandelt.

Die Energiedifferenz der Elektronen vor und nach einem Verbraucher.

Indem man ein Messgerät parallel zum Verbraucher schaltet.

Der Strom verzweigt sich: Ein Teil fließt durch den Verbraucher, ein Teil durch das Messgerät.

Weil sie über die Messung eines Stroms erfolgt, der Rückschluss auf die Spannung erlaubt.

Je größer die Spannung, desto größer die Stromstärke (bei gleichen äußeren Bedingungen).

Es muss so konstruiert sein, dass nur ein sehr kleiner Strom durch es fließt.

Damit die Stromstärke im eigentlichen Stromkreis kaum verändert wird.

Das Körpergewebe besteht überwiegend aus Wasser, daher ist der Mensch ein „mittelguter“ elektrischer Leiter.

Weil körpereigene Steuerungsmechanismen (z. B. Nerven, Muskeln) auf elektrischen Vorgängen beruhen und durch Strom gestört werden können.

• Von der Stromstärke durch den Körper

• Davon, welche Körperteile vom Strom durchflossen werden

Er kann die Herzmuskulatur lähmen und zum Tod führen.

Weil der Strom dann direkt durch die Herzgegend fließen kann.

Um zu verhindern, dass Strom von einer Hand zur anderen durch den Brustbereich fließt.

Wenn Strom in eine Hand eintritt und über die Füße zur Erde abfließt (z. B. barfuß auf nassem Boden).

Feuchtigkeit senkt den Übergangswiderstand der Haut und erhöht die Stromstärke bei gleicher Spannung.

Wegen erhöhter Feuchtigkeit und damit erhöhter Stromschlaggefahr.

Nein, auch die Fähigkeit, einen großen Strom zu liefern, ist entscheidend.

Weil trotz hoher Spannung nur sehr kleine Stromstärken fließen.

Wegen sehr hoher Spannungen (über 20 000 V), obwohl diese ungefährlich sind.

Weil nur sehr wenige Elektronen fließen und der Strom extrem klein ist.

1. Hohe Spannung (U > 100 V)

2. Große lieferbare Stromstärke (I > 65 mA)

Obwohl sie Strom liefern kann, begrenzt der hohe Körperwiderstand die Stromstärke stark.

Er hat zwar hohe Spannung, kann aber nur eine extrem kleine Stromstärke liefern.

Die technische Stromrichtung ist eine festgelegte Richtung, in der der Strom vom Pluspol zum Minuspol fließt.

Weil die Spannung einer einzelnen Batterie (meist 1,5 V bzw. 1,2 V bei NiCd-Akkus) für viele Anwendungen nicht ausreicht.

Eine Verschaltung, bei der Batterien so verbunden werden, dass sich ihre Spannungen addieren.

U(ges)​=U(1)​+U(2)​+U(3)​+…

Mehrere Aufzüge sind übereinander angeordnet. Die Gesamthöhe entspricht der Summe der einzelnen Höhen – analog zur Summe der Spannungen.

: Jedes Elektron erhält in jeder Stromquelle Energie; die Gesamtenergie pro Elektron entspricht der Gesamtspannung.

6⋅2V=12V

Die Gesamtleistung wird durch die schwächste Zelle begrenzt.

Wenn ein Aufzug weniger Autos transportieren kann, bestimmt er die maximale Anzahl für das gesamte System.

: Eine Verschaltung, bei der alle Batterien die gleiche Spannung liefern, sich aber ihre Kapazitäten addieren.

1. Spannung bleibt gleich

2. Gesamtkapazität ist die Summe der Einzelkapazitäten

Mehrere Aufzüge fahren auf die gleiche Höhe, wodurch insgesamt mehr Autos pro Zeit transportiert werden können.

Eine Kombination aus Hintereinanderschaltung und Parallelschaltung zur gleichzeitigen Erhöhung von Spannung und Kapazität.

Weil umgangssprachliche Begriffe stark von den physikalischen Definitionen abweichen, besonders bei der Spannung.

Bewegte elektrische Ladung (meist Elektronen).

Spannung U, Stromstärke I und die Zeit t, die benötigt wird, um Wasser um eine feste Temperatur zu erwärmen.

Weil stets die gleiche Wassermenge um die gleiche Temperaturdifferenz erwärmt wird.

Je höher die Spannung, desto größer ist die Stromstärke.

Er ist konstant (≈ 48,4 V/A) und entspricht dem elektrischen Widerstand.

Nein, sonst müsste das Zeitverhältnis dem Stromstärkenverhältnis entsprechen, was nicht der Fall ist.

Nein, denn trotz sehr unterschiedlicher Ladungsmengen ist die zugeführte Energie gleich.

Nicht die Ladungsmenge allein, sondern die Energie pro Ladung (Spannung) ist entscheidend.

Aus der Stromquelle (z. B. Kraftwerk), wo Energie auf die Elektronen übertragen wird.

Sie sind die Träger der elektrischen Energie.

Sie geben sie an Verbraucher wie Lampen, Motoren oder Heizgeräte ab.

Weil sie sonst unnötige und gefährliche Erwärmung verursachen.

Weil jedes Elektron mehr Energie transportiert.

: Die elektrische Spannung gibt an, welche Energiemenge W pro Ladungseinheit Q umgesetzt wird.

U=Q/W​

W=Q⋅U

Volt (V)

1 Volt = 1 Newtonmeter pro Amperesekunde (1 Nm/As)

Der Quotient aus Energie und Ladung ist unabhängig davon, ob man ein Elektron oder eine Gesamtladung betrachtet – er ist immer die Spannung.

Der Wasserkreislauf mit einer Pumpe.

Die Stromquelle (Elektronenpumpe).

Weil es nicht richtig darstellt, dass Elektronen Energieträger sind.

Die Stromquelle, die den Elektronen Energie zuführt.

Lageenergie (potenzielle Energie).

Durch das Gefälle der Bahn.

Von ihrer Leistung, nicht von ihrer Position im Stromkreis.

Nein, die Leuchtstärke hängt nur von den Lampeneigenschaften ab.

Dass die „erste“ Lampe heller leuchtet, weil die Elektronen noch „frisch“ sind.

Die Fähigkeit eines Stoffes, elektrische Ladungen (meist Elektronen oder Ionen) zu transportieren.

Weil ihre Elektronen nicht fest an Atomkerne gebunden sind und sich frei bewegen können.

Negativ geladene Elektronen und positiv geladene Atomkerne.

Es kommt zu einer Elektronenverschiebung, die einen Ladungsausgleich bewirkt.

1. Elektronenüberschuss → negative Ladung

2. Elektronenmangel → positive Ladung

Weil sich die Elektronen so verteilen, dass positive und negative Ladungen sich ausgleichen.

Sie ist keine Ladungsspeicher, sondern eine „Ladungspumpe“, die Elektronen ständig vom Plus- zum Minuspol transportiert.

Weil die Stromquelle Elektronen kontinuierlich vom Pluspol zum Minuspol befördert.

Weil sich die Information der Elektronenverschiebung mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.

Nur wenige Millimeter pro Sekunde.

Weil ihre Elektronen nicht frei beweglich sind.

Ja, durch Reibung, bei der Elektronen an der Oberfläche abgegeben oder aufgenommen werden.

Bei Isolatoren bleibt die Ladung auf die Oberfläche beschränkt, bei Metallen verteilt sie sich im ganzen Körper.

toffe mit einer Leitfähigkeit zwischen Leitern und Isolatoren.

Von der Temperatur.

Mehr Elektronen werden frei beweglich, die Leitfähigkeit steigt.

Das gezielte Einfügen geringer Mengen von Fremdatomen zur Veränderung der Leitfähigkeit.

Ein Bauteil aus unterschiedlich dotierten Halbleitern, das Strom nur in eine Richtung durchlässt.

In Halbleitern sind Elektronen an bestimmte Atomkerne gebunden.

Weil es keine freien Ladungsträger (Ionen) enthält.

Weil gelöste Salze in Ionen zerfallen, die sich frei bewegen können.

Elektrisch geladene Atome oder Moleküle.

NaCl → Na⁺ + Cl⁻

1. Kationen: positiv geladene Ionen

2. Anionen: negativ geladene Ionen

1. Kationen → Kathode (Minuspol)

2. Anionen → Anode (Pluspol)

Die Vereinigung von Ionen mit Elektronen zu neutralen Atomen an den Elektroden.

Durch Rekombination entstehen gasförmige Stoffe wie Wasserstoff und Sauerstoff.

Die Zerlegung von Stoffen durch elektrischen Strom in einer Flüssigkeit.