Big Bang Physik 6, Schulbuch

116  Kompetenzcheck Batterie a) Stelle einen Zusammenhang zwischen den Einheiten Milliampere­ stunden (mAh) und Coulomb (C) her. Es gilt: Stromstärke ist Ladung pro Zeit. b) Auf einem Handy-Akku steht folgende technische Angabe: Li-Ionen Batterie, 3,7 VDC, 750mAh, 2,8Wh. Was bedeuten diese Angaben? Sind eigentlich alle Angaben nötig? Verwende für deine Antwort das Ergebnis von A8a. Weiters gilt: Leistung ist Arbeit pro Zeit, also P = W / t . Vergleiche die Werte des Akkus mit denen der Batterien in Tab. 22.4, S. 76. Begründe mit Hilfe von Tab. 22.5 (S. 77), warum man in den Akkus heutzutage Lithium verwendet. 23 Grundlagen der Elektrizität 2 Die Stromstärke a) Überlege, wie die Driftgeschwindigkeit der Elektronen in einem Leiter von folgenden Faktoren abhängt: 1) Leitungsquerschnitt, 2) Stromstärke und 3) Dichte der freien Elektronen. b) In Kupfer befinden sich 8,5·10 28 freie Elektronen pro Kubikmeter, in Silber sind es 5,9·10 28 . Um welchen Faktor ist die Driftgeschwindig- keit in Silber daher höher als in Kupfer? Verwende dein Ergebnis aus A1a. Mit welcher einfachen Überlegung kannst du abschätzen, wie viele Elektronen jährlich durch Österreichs Haushalte fließen? Ørsted-Versuch und Lorentz-Kraft Elektrischer Strom erzeugt ein magnetisches Feld. In welche Richtung sich dadurch ein stromdurchflossener Leiter in einem Magnetfeld bewegt, kannst du mit der rechten Hand bestimmen (Abb. 7 links). Der Daumen muss dabei in technische Stromrichtung zeigen und der Zeigefinger in Richtung des Magnetfeldes (vom Nord- zum Südpol). Der Mittelfinger gibt dir dann die Bewegungsrichtung des Drahtes an. Überlege mit Hilfe dieser Drei-Finger-Regel, in welche Richtung die Leiterschleife in Abb. 7 rechts abgelenkt wird. Im Film „Alien versus Predator“ betrachtet der Wissenschaftler Graeme Miller ein Polarlicht und sagt dann: „Es ist in der oberen Atmosphäre. Protonenströme und Elektronen von der Sonne werden vom Magnetfeld der Erde abgelenkt, was einen Sonnensturm zur Folge hat.“ Kommentiere dieses Zitat. Voltmeter und Amperemeter Du hast die Wahl zwischen zwei Voltmetern zum gleichen Preis. Beide Geräte haben denselben Messbereich, aber ein Gerät hat einen Innenwiderstand von 15k Ω , das andere von 30k Ω . Welches Gerät solltest du kaufen? Widerstand und spezifischer Widerstand Der menschliche Körper hat einen Widerstand von etwa 1000 Ω . Ein Stromfluss von 40mA durch den Körper kann bereits lebensgefährlich sein. Ab welcher Spannung muss man daher bereits sehr aufpassen? Zwei Vögel sitzen auf blankem Draht (siehe Abb. 8). Was passiert, wenn der Strom eingeschaltet wird? Verwende für deine Erklärung den Begriff Schrittspannung (siehe Abb. 23.25, S. 87) A8 W2  A9 E2  A1 W2  A2 E2  A3 E2  Abb. 7: Links: Bestimmung der Bewegungsrichtung mit der rechten Hand Rechts: In welche Richtung bewegt sich die Leiterschleife? A4 S2  A5 E2  Abb. 8 A6 E2  A7 W2  Du hast einen Kupferdraht mit 2mm Durchmesser und einer Länge von 1m. Nun ziehst du den Draht bei gleichem Volumen so in die Länge, dass er nur mehr 1mm Durchmesser hat. Wie groß ist dann der Querschnitt? Wie verändert sich der elektrische Widerstand dadurch? Rechne mit Hilfe von Proportionen. Eine Straßenbahn hat einen Stromabnehmer, ein Oberleitungsbus (O-Bus) jedoch zwei. Warum ist das so? Serien- und Parallelschaltung Leite die Formel für den Widerstand einer Serienschaltung ab: R  = R 1  + R 2 . Überlege zuerst mit Hausverstand, in welchem Verhältnis U , U 1 und U 2 sowie I , I 1 und I 2 stehen. Überlege mit Hilfe der Analogie von fließendem Wasser und beziehe das Ohm’sche Gesetz mit ein. Leite die Formel für den Widerstand einer Parallelschaltung ab: 1/ R  = 1/ R 1 + 1/ R 2 . Verwende dazu das Ohm’sche Gesetz und den „elektrischen Höhenunterschied“ und hilf dir mit Abb. 23.29, S. 88. Die Scheinwerfer deines Auto haben über Nacht gebrannt und die Batterie ist leer. Du bittest einen Autofahrer, dir Starthilfe zu geben. Wie müssen die Kabel angeschlossen werden? Werden gleichnamige Pole verbunden oder ungleichnamige? Erkläre A7 links unten mit Hilfe einer Parallelschaltung. Stromarbeit und Stromleistung Ein Autofahrer vergisst beim Aussteigen das Licht abzuschalten. Es leuchten beide Scheinwerfer mit einer Leistung von je 50W, die beiden Rücklichter (je 5W) und die Nummerntafelbeleuchtung (6W). Die Autobatterie hat eine Spannung von 12 V und ist voll aufgeladen (45Ah). Hält die Batterie über Nacht durch oder muss der Fahrer am Morgen den Pannendienst rufen? Der Leistung wird im Allgemeinen die Einheit Joule pro Sekunden oder Watt zugewiesen. Andererseits gilt für den Strom P = U  ·  I , wodurch sich für die Leistung die Einheit VA ergibt. Zeige, dass sich diese beiden Einheiten ineinander überführen lassen. 24 Mensch und Elektrizität EKG und EEG Ein Elektrokardiograph beruht im Prinzip auf einem sehr bekannten Gerät, das auch im Physikunterricht verwendet wird. Welchem? Stromfluss durch den Körper Wieso ist es auch gefährlich, wenn ein Blitz in deiner Nähe in den Boden einschlägt? Warum soll man sich, wenn man von einem Gewitter überrascht wird, so hinhocken, dass nur die Füße am Boden sind? Warum leben Kühe bei einem Gewitter relativ gefährlich? Kompetenzbereich Felder 25 Das elektrische Feld Der Feldbegriff Die Dichte von Feldlinien gibt generell die Stärke einer Kraft an. In Abb. 9 siehst du dreimal eine positive Ladung und die dazugehörigen Feldlinien. Die Anzahl der Feldlinien wurde variiert. Begründe, dass diese Darstellungen reine Geschmackssache sind und nichts an den Kraftverhältnissen ändern. Verwende für deine Erklärung die Begriffe absolut und relativ! A8 E2  A9 E2  A10 E1  A11 W1  A12 E2  A13 W1  A14 E2  A15 W1  A1 E1  A2 S1  A1 S1  Abb. 9: Drei gleich große positive Ladungen: Die Anzahl der Feldlinien wurde jedoch verändert. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv