Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

Die Stromstärke ist eine Basisgröße des Internationalen Einheitensystems (SI). Ge- räte zur Messung der Stromstärke heißen Amperemeter . 81.1 zeigt den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Ladung: Die Strom- stärke beträgt 1 A , wenn durch den Leiter pro Sekunde eine Ladung von 1 C fließt. Wegen der Beziehung Q = I · t gilt: 1 C = 1 A · 1 s = 1 A · s . Die Richtung des Stromes: Verbindet man die Pole einer Spannungsquelle mit ei- nem metallischen Leiter, dann fließen die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol. In Flüssigkeiten erfolgt die Stromleitung durch positive und negative Ionen, so dass Ladungen in beide Richtungen wandern können. Die Elektrotechnik war bereits weit entwickelt, als am Ende des 19. Jh. die Elek- tronen als Ladungsträger entdeckt wurden. Lange Zeit hatte man für metallische Leiter irrtümlich einen Stromfluss vom positiven zum negativen Pol einer Batterie angenommen. Daher wurde die technische Stromrichtung „falsch“, der Bewegung der Elektronen entgegengerichtet, definiert: Die technische Richtung des elektrischen Stromes geht vom Plus- zum Minuspol. Experiment: Stromstärke und Spannung im Stromkreis 81.1 Du brauchst: Material aus den Versuchskästen für einen einfachen Stromkreis aus Spannungsquelle, Schalter und 2 Lämpchen, Amperemeter, Voltmeter. Baue die Schaltung lt. 81.2 auf. E 1 a) Vergleiche die Stromstärke vor, zwischen und nach den Lämpchen. E 1 b) Miss die Spannung U an der Spannungsquelle und die Spannungen U 1 (bzw. U 2 ) zwischen den Punkten a und b (bzw. b und c). E 2 c) Interpretiere die Ergebnisse. Hinweis: Um die Stromstärke zu messen, muss das Messgerät als Amperemeter vom selben Strom durchflossen werden wie die Lämpchen (Serienschaltung!) . Um die Spannung zwischen a und b zu messen, muss das Messgerät als Voltmeter an den beiden Punkten a und b parallel zum Verbraucher angeschlossen werden (Parallel- schaltung!) . Vor dem Einschalten der Spannungsquelle sollte deine Lehrkraft die Schaltung kontrollieren. Was sagt die Strommessung? Im Alltag spricht man vom „Stromverbrauch“ – zu Recht? Egal, ob das Amperemeter vor, zwischen oder nach den Lämpchen in den Stromkreis eingefügt wird, man findet überall dieselbe Stromstärke. Strom wird nicht verbraucht! Was sagt die Spannungsmessung? Die Spannung U gibt an, wie viel Energie pro Ladung die Spannungsquelle liefern kann. Die Spannungen U 1 , U 2 geben an, wie viel Energie pro Ladung beim Stromfluss durch L 1 , L 2 in Licht und Wärme umge- wandelt wird. Es gilt: U 1 + U 2 = U . Unter „Stromverbrauch“ versteht man daher die Umwandlung von elektrischer Energie in andere Energieformen. a Stromwirkung Wärme und Licht Glühlampen spenden Licht, im Bügeleisen entsteht Wärme. Wie geht das? Im Stromkreis treibt die elektrische Spannung Elektronen durch den Draht. Dabei tritt Reibung auf: Elektronen stoßen gegen Metall-Ionen und übertragen dabei Be- wegungsenergie. Stärkere Teilchenbewegung bedeutet höhere Temperatur (siehe Physik 5 – Thermodynamik): Elektrische Energie wird in innere Energie des Drah- tes umgewandelt. Im Glühfaden der Lampe geschieht dies besonders eindrucksvoll, der Draht wird über 2 000 o C heiß und beginnt, weiß zu glühen. b Stromwirkung Magnetismus Der dänische Physiker C HRISTIAN O ERSTEDT (1777–1851) entdeckte 1820, dass eine Magnetnadel in der Nähe eines Strom führenden Drahtes abgelenkt wird. Offen- sichtlich verursachen elektrische Ströme magnetische Kräfte, die auf Magnetna- deln Drehmomente ausüben ( 81.3, 81.4 ). Ein lange gesuchter Zusammenhang zwischen Magnetismus und Elektrizität wurde dadurch gefunden. N S I + – 81.4 Magnetnadeln richten sich in der Umgebung eines Stromleiters kreisförmig aus. 81.3 O ERSTEDT zeigt die Ablenkung einer Magnetnadel durch elektrischen Strom. A V V L 1 L 2 U 1 U 2 U + – a b c 81.2 Messung von Stromstärke und Span- nung in einem Stromkreis mit 2 Lämpchen. Elektron e – 81.1 Bei einer Stromstärke von 1 A fließen durch den Leiterquerschnitt pro Sekunde 6,24·10 18 Elektronen mit der Gesamtladung −1C. 81 | E-LEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv