66 15.3 Das hundertjährige Licht Der elektrische Widerstand In diesem Abschnitt geht es um den elektrischen Widerstand. Er wird in Ohm angegeben und gibt den Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke in einer Schaltung an. Man spricht immer vom „Stromverbrauch“. Warum ist das physikalisch gesehen eigentlich falsch? In B 15.14 siehst du das „hundertjährige Licht“. Es handelt sich dabei um eine Kohlefadenlampe, die seit 1901 in einer Feuerwache in den USA brennt! Warum beginnt aber eine Lampe überhaupt zu leuchten, wenn Strom durch sie fließt? Was hat den größeren elektrischen Widerstand: die Zuleitung, also das Kabel, oder die Glühlampe in B 15.14? Kannst du deine Vermutung begründen? B 15.14 Was bringt eine Lampe zum Leuchten? Aus einem Wasserbecken fließt das Wasser mit einer bestimmten Geschwindigkeit (B 15.15 a). Was passiert mit der Ausflussgeschwindigkeit, wenn du den Rohrdurchmesser vergrößerst (b)? Wird sie größer oder kleiner oder bleibt sie gleich? Was passiert, wenn du den Höhenunterschied vergrößerst (c)? Baue eine Schaltung wie in B 15.16 auf. Verwende als Prüfobjekt eine Bleistiftmine. Diese enthält Kohlenstoff und leitet den Strom. Was passiert mit der Helligkeit der Lampe, wenn du ein Ende an verschiedenen Stellen anhältst (a, b und c)? A 9 A 10 A 11 A 12 b c a B 15.15 Wie verändert sich die Flussgeschwindigkeit? A 13 B 15.16 Was passiert mit der Helligkeit der Lampe? In jedem elektrischen Leiter befinden sich viele frei bewegliche Elektronen. Sie flitzen, wie die Teilchen eines Gases, kreuz und quer herum (B 15.17 a). Die Bewegung ist aber völlig ungeordnet. Die Elektronen bleiben also im Schnitt gesehen immer an derselben Stelle und wandern nicht durch den Leiter. Nun setzen wir den Leiter unter Spannung, so wie in B 15.16. Man nennt das auch „eine Spannung anlegen“. Durch den „elektrischen Höhenunterschied“ beginnen die Elektronen zu fließen. Sie bewegen sich zwar immer noch durcheinander, gleichzeitig aber auch geordnet in eine Richtung (b). Es ist ähnlich, wie wenn ein Mückenschwarm vom Wind vertragen wird. Und diese Bewegung der Elektronen, das ist der elektrische Strom. B 15.17 a) Leiter ohne Spannung b) Leiter mit angelegter Spannung. Die Elektronen bewegen sich zum Pluspol und quetschen sich an den Atomen vorbei. Nun müssen sich aber die Elektronen an den Atomen des Leiters vorbeizwängen. Das ist quasi ein Engpass für die Elektronen, der einen Widerstand erzeugt. Man nennt ihn den elektrischen Widerstand. Weil die Elektronen an die Atome prallen, beginnen diese heftiger zu schwingen. Wenn Strom fließt, entsteht also auch immer Wärme. Diese ist meist unerwünscht (B 15.18), kann aber auch gewollt sein, etwa um eine Glühbirne zum Leuchten zu bringen ( A10 ) oder um ein Bügeleisen aufzuheizen. Batterie Bleistiftmine a b c a b Flussrichtung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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