Physik verstehen 3, Schulbuch

77 Elektrische Phänomene sind allgegenwärtig 3. Was sind Thermoelemente? Strom in heißen Drähten (Abb.77.1)  E1 Verdrille (= verdrehe) Kupferdraht und dickeren Konstantandraht und schließe die Drahtenden an ein Voltmeter (DC, mV-Bereich). Beim Erhitzen der Kontaktstelle ist eine geringe Spannung messbar. Wird die Berührungsstelle von zwei verschiedenen Metallen erhitzt, entsteht eine schwache Spannung (ca. 10mV pro 100 °C). Der bessere Stromleiter setzt beim Erhitzen mehr Elektronen frei als das zweite Metall. Dadurch entsteht ein geringer Ladungsunterschied (Abb.77.2). Diese geringen Spannungen werden in Digitalthermometern zur Temperatur­ messung eingesetzt. Bei Gasherden wird durch das Thermoelement ein Elektro­ magnet in Betrieb gesetzt, der das Gasventil offen hält. Erlischt die Flamme, fließt kein Strom mehr. Das Ventil schließt die Gaszufuhr (Abb.77.3). 4. Was sind Piezoelemente? Funken mit Druck! (Abb.77.4)  E1 Entnimm einem leeren Feuerzeug den elektrischen Funken­ geber (Piezozünder). Stelle den Metallkontakt auf eine Münze. Verbiege den Draht so, dass sein Ende etwa 5mm Abstand von der Münze hat. Drückst du den Piezozünder, kannst du einen Funken zwischen Draht und Münze erkennen. Wie lange Funken kannst du erzeugen? (1mm ⩠ ca. 1 000V) In einem Piezozünder schlägt ein Hammer auf einen Quarzkristall („Piezoquarz“) und drückt diesen zusammen. Dabei werden die Ionen des Kristalls so verscho- ben, dass ein hoher Ladungsunterschied entsteht (Abb.77.6). Piezoelemente werden auch in Kristallmikrofonen und Tonabnehmern von Musikinstrumenten zur Umwandlung von Schwingungen in elektrische Spannungen verwendet (Abb.77.5). Ergänzung: Wird ein Piezoquarz mit Spannungsschwankungen versorgt, beginnt er zu schwingen. Dies wird als Taktgeber bei Quarzuhren („Schwingquarz“, sozusagen ein elektrisches Pendel) und bei Piezolautsprechern (zB für Ultraschall und hohe Töne) genutzt. V3 77.1 Strom in heißen Drähten Kupfer Konstantan mehr frei bewegliche Elektronen weniger frei bewegliche Elektronen ca. 10 mV/100°C 77.2 Beim Erhitzen lösen sich Elektronen vom Kupferdraht. Sie wandern zum Konstantandraht und laden ihn negativ auf. Thermoelemente bestehen aus zwei verschiedenen Metallen. Wird die Berührungsstelle erhitzt, wandern Elektronen vom besseren zum schlechteren Leiter. M Gas Magnet Brenner Gasregler Luft Ventil mit Feder Thermoelement Vor Zündung drücken! 77.3 Ein Thermoelement als Zündsicherung bei Gasherden Thermoelement Piezozünder V4 Piezozünder In Piezokristallen werden durch Druck Ionen so verschoben, dass zwischen ihnen eine elektrische Spannung auftritt. M Silicium-Ion Sauerstoff-Ion Teil eines Quarzkristalls Druck 77.6 Beim Zusammendrücken eines Quarz­ kristalls entsteht ein Ladungsunterschied. 77.5 Der Piezotonabnehmer (weiße Stege) einer akustischen Gitarre 77.4 Funken mit Druck! Arbeitsblätter 233x3w Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv