Big Bang Physik 6, Schulbuch

nk3z9z GG 6.2/G 6.2 Elektrizitätslehre/Elektrische Energie 79 Grundlagen der Elektrizität 2 23 Abb. 23.1:  Wasserfluss kommt durch den Höhenunter­ schied zu Stande, Stromfluss durch den „elektrischen Höhenunterschied“, also die Spannung. Bis jetzt war von elektrischen Kräften die Rede, von Ladungen und Spannungen. Richtig interessant wird es aber, wenn die Ladungen zu fließen beginnen. Das nennen wir elektrischen Strom . Wenn man es genau nimmt, dann war schon in Kapitel 22 indirekt vom Strom die Rede. Denn wenn sich etwas durch Reibung auflädt, dann müssen sich Ladungen bewegt haben und somit muss Strom geflossen sein. Auch Batterien können die gespeicherte Energie nur durch bewegte Ladungen abgeben. Der Stromfluss weist viele Ähnlichkeiten mit dem Wasserfluss auf. Deshalb werden wir in diesem Kapitel zum besseren Verständnis immer wieder auf das Modell von fließendem Wasser zurückgreifen. Es wird fast immer vom Gleichstrom die Rede sein. Darunter versteht man, dass die Ladungen immer in dieselbe Richtung fließen, wie das bei einer Batterie der Fall ist. 23.1 Was für ein Gedränge! Die Stromstärke In diesem Abschnitt lernst du eine neue Basiseinheit kennen: das Ampere. Sie gibt die Stärke des elektrischen Stroms an. Was macht man, um die „Stromstärke“ von Wasser anzuge- ben, zum Beispiel in einem Rohr oder in einem Fluss? Man misst, wie viel Wasser pro Sekunde an einer bestimmten Stelle vorbeifließt (Tab. 23.1 links). Diese Werte kann man gut vergleichen. Man könnte die Anzahl der Moleküle pro Sekunde angeben, aber das ergäbe astronomische Zahlen. In der Praxis erfolgt die Angabe daher in m 3 /s. Ein paar Beispiele: Im Speicherkraftwerk Kaprun fließen knapp 7m 3 /s durch die Rohre. In der Donau fließen in Österreich rund 2000 m 3 /s und bei der Mündung ins Schwarzen Meer 6500m 3 /s. Und der Amazonas als mächtigster Fluss der Welt hat an manchen Tagen bei der Mündung eine „Stromstärke“ von 200.000m 3 /s. Welche Basis-Einheiten kennst du bereits? Schau nach in Tab. 2.1, Kap. 2.1, „Bing Bang 5“. In welche Richtung fließt eigentlich der Strom: a) von + zu – oder b) von – zu +? Und mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich die elektrischen Ladungen dabei? Gib einen Tipp ab! Wenn du eine Taschenlampe einschaltest, dann leuchtet die Birne ohne Verzögerung auf. Heißt das, dass die fließenden Elektronen zu diesem Zeitpunkt die Birne bereits erreicht haben? L Die maximale Stromstärke im Haushalt beträgt etwa 15 Ampere. Was meinst du, wie groß die Stromstärke in einem Blitz ist? Was denkst du, wie viele Elektronen jährlich ungefähr durch Österreichs Haushalte fließen: a) 10 20 , b) 10 30 , c) 10 40 , d) noch mehr, e) gar keine. L F1 W1  F2 W1  F3 W2  F4 W2  F5 E2  F6 W2  Wasserrohr elektrischer Strom Die „Stromstärke“ ist die Wasser- menge, die pro Sekunde an einer bestimmten Stelle vorbeifließt. Die elektrische Stromstärke ist die Ladungsmenge, die pro Sekunde an einer bestimmten Stelle vorbeifließt. Damit man vernünftige Zahlen erhält, gibt man nicht die Moleküle, sondern die Kubikmeter pro Sekunde an. Damit man vernünftige Zahlen bekommt, gibt man nicht Elementarladungen, sondern die Coulomb pro Sekunde an. Tab. 23.1:  Vergleich zwischen der „Stromstärke“ von Wasser und der von elektrischen Strom Beim Messen der elektrischen Stromstärke gilt dasselbe Prinzip. Man misst, wie viel Ladung pro Sekunde an einer Stelle vorbeifließt (Tab. 23.1 rechts). Die Einheit der elektri- schen Stromstärke ist das Ampere. Die Stromstärke beträgt ein Ampere, wenn durch einen Leiter pro Sekunde die Ladung von einem Coulomb fließt. Erinnere dich: Ein Coulomb sind rund 6 Trillionen Elektronen (Kap. 22.1.3, S. 73). Bei einem Ampere fließen also pro Sekunde 6 Trillionen Elektronen an der Messstelle vorbei. Was für ein Gedränge! Die Geschwindigkeit, mit der sich die Elektronen in Richtung Pluspol bewegen, ist aber überraschend winzig.  Info: Bummeltempo | -> S. 80 Formel: elektrische Stromstärke I = ​  D Q  ___  D t ​ Þ D Q = I · D t I … elektrische Stromstärke [A] Q … Ladung [C] t …. Zeit [s] In welche Richtung fließt der Strom? Oder genauer gefragt: In welche Richtung bewegen sich die Ladungen, wenn Strom fließt? Wir haben es in den meisten Fällen mit Metal- len und somit mit Elektronen zu tun, und diese bewegen sich vom Minus- zum Pluspol (  F2 ). Diese Richtung nennt F Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv