Big Bang Physik 6, Schulbuch

GG 6.2/G 6.2 Elektrizitätslehre/Elektrische Energie 85 Grundlagen der Elektrizität 2  23   Experiment: Auf Ohm’s Spuren Beim Anlegen einer Spannung driften die Elektronen in Richtung Plus-Pol (Abb. 23.2, S. 80). Diese Bewegung wird durch die Atomrümpfe behindert (Abb. 23.21). Salopp kann man sagen, dass sich die Elektronen an den Atomrümpfen vorbeizwängen müssen. Dadurch entsteht der elektrische Widerstand . Dass bei gleichem Widerstand die Stromstärke von der Spannung abhängt, kann man sich mit Hilfe von fließendem Wasser überlegen (Tab. 23.4). Wo ist in dieser Schaltung der größere Widerstand (Abb. 23.18): in der Zuleitung oder in der Glühlampe? Und kannst du das begründen? L Zwei Vögel sitzen auf blankem Draht (Abb. 23.19). Was passiert, wenn der Strom eingeschaltet wird? L Wieso ist es auch gefährlich, wenn ein Blitz in deiner Nähe in den Boden einschlägt? Und warum soll man sich, wenn man von einem Gewitter überrascht wird, so hinhocken, dass nur die Füße am Boden sind? Warum ist der Begriff „Stromverbrauch“ eigentlich schlecht gewählt? F16 E2  Abb. 23.18 Abb. 23.19 F17 E2  F18 E2  F19 W2  Auf Ohm’s Spuren Welcher Zusammenhang besteht zwischen Spannung und Stromstärke. Bau dazu die Versuchsanordnung in Abb. 23.20 auf. Verändere dann die Spannung und trage die Werte in einem Diagramm ein (Spannung x-Achse, Stromstärke y-Achse). Führe dieselben Messungen mit anderen Drähten durch. Was fällt dir auf? e Abb. 23.20:  a) Versuchsaufbau; b) Schaltplan Der Leiter hindert den elektrischen Strom am Fließen. Wenn der „elektrische Höhenunterschied“ (die Spannung) größer wird, wird auch der Stromfluss größer. Das Rohr hindert das Wasser am Fließen. Wenn der Höhenunter- schied größer wird, wird auch der Wasserfluss größer. Tab. 23.4:  Qualitativer Zusammenhang zwischen Spannung sowie Stromfluss und Vergleich mit fließendem Wasser. Beachte: Die technische Stromrichtung zeigt gegen den Elektronendrift. Den genauen Zusammenhang zwischen Spannung, Strom- stärke und Widerstand entdeckte der deutsche Physiker GEORG SIMON OHM im Jahr 1826 , und man nennt es daher das Ohm’sche Gesetz . Das Verhältnis von Spannung und Strom ist für einen Widerstand immer gleich groß. Anders gesagt: I ist proportional zu U (siehe Abb. 23.22, S. 86). Wird die Spannung verdoppelt, so verdoppelt sich auch die Stromstärke. Der Quotient von Spannung und Stromstärke ist der elektrische Widerstand R . Er hat die Einheit Ohm ( Ω ). Formel: Ohm’sches Gesetz R = ​ U  __  I ​ Þ I = ​ U  __  R ​ Þ U = R · I R … Ohm’scher Widerstand [ Ω ] U … Spannung [V] I … Stromstärke [A] Wovon hängt der elektrische Widerstand ab? Erstens hängt er vom Material ab (Tab. 23.5, S. 86). Zweitens ist der Wider- stand indirekt proportional zur Querschnittsfläche des Leiters. Auch ein dünnes Wasserrohr bietet einen größeren Widerstand als ein dickes. Drittens ist der Widerstand proportional zur Länge des Leiters. Auch hier hilft der Ver- gleich mit dem Wasserrohr. Ein langes Wasserrohr hat einen größeren Widerstand als ein kurzes. Formelmäßig lassen sich diese Einflussfaktoren so ausdrücken: Abb. 23.21:  Die Elektronendrift wird durch die Atomrümpfe behindert. Es ist nur die Driftgeschwindigkeit der Elektronen eingezeichnet. F Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv