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Stromkreis, Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke Vergrößert man die Spannung zwischen zwei Punkten A und B, so vergrößert sich im allgemeinen auch die elektrische Stromstärke I! Diese Punkte können z.B. die Pole einer Batterie sein; diese Punkte werden über Zuleitungen dann an einen Verbraucher gebracht. Somit besteht die elektrische Spannung dann auch zwischen den Enden des Verbrauchers. a) In der ersten Simulation wird ein elektrischer Stromkreis mit einem Wasserstromkreis verglichen. http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/einfache-stromkreise#Stromkreismodelle b) In der zweiten Simulation http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab können ein oder mehrere Verbraucher zusammengeschalten werden. Interessieren wir uns nur für einen Verbraucher! i) Durch Klick mit der rechten Maustaste auf die Batterie kann dann die Größe Spannung verändert und die Auswirkung auf die Ladungsträgergeschwindigkeit und damit auf die el. Stromstärke I studiert werden. Ergebnis: ii) Durch Klick mit der rechten Maustaste auf den Verbraucher kann dann die Größe Widerstand verändert und die Auswirkung auf die Ladungsträgergeschwindigkeit und damit auf die el. Stromstärke I studiert werden. Ergebnis:
Probiert die Simulationen für euer Verständnis!! Aufgaben und Fragen 1.) Angenommen, ein Ladungsträger hätte die Ladung q=0,1As. Die Ladungsträger haben einen Abstand von 0,01m. (Die Daten sind in der Realität natürlich viel kleiner!). Zusätzlich habe der Leiter einen so geringen Querschnitt, dass nur einer nach dem anderen den Querschnitt passieren kann, so wie das in der vorigen Abbildung zu erkennen war. Die Ladungsträger bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 0,01m/s. a) Wie weit werden dann die Ladungsträger innerhalb einer Minute verschoben? b) Welche Ladungsmenge passiert dann in einer Minute den Querschnitt? c) Wie groß ist dann die Stromstärke in A? d) Wie groß ist die dabei verrichtete Arbeit an einer einzelnen Ladung, wenn Uab=4V beträgt? e) Berechne den elektrischen Widerstand des Leiters! 2.) Der Querschnitt wird nun vervierfacht. Berechne nun die neue Stromstärke und den neuen Widerstand des Leiters! 3.) Die Leiterlänge eines Leiters wurde halbiert, aber die selbe Spannung zwischen den Leiterenden des Leiters in Beispiel 1 belassen. Beschreibe, wie sich dann folgende Größen verändern! Arbeit für das Verschieben eines Ladungsträgers, Kraft auf einen Ladungsträger, Geschwindigkeit der Ladungsträger, Anzahl der Ladungsträger, die in einem bestimmten Zeitraum einen Querschnitt passieren, Stromstärke, Leistung.
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Untersuche nun mit der angegebenen Simulation folgende Schaltungen! Setze R1=R2=20 und für die Spannung 10V! a) Messe die Stromstärke im Kreis! b) Messe die Spannungen U AB und UBC! c) Was ergibt die Summe U AB + UBC? d) Setze nun R2=10! e) Wiederhole für diesen Fall a), b) und c)! f) Ersetze nun R2 durch eine Leitung und wiederhole a), b) und c)! g) Entferne nun R2, so dass eine offene Stelle entsteht und wiederhole wiederum a), b) und c)! h) Begründe mit der Definitionsformel des elektrischen Widerstandes, warum für den Fall g) die Spannung UAB=0 ist! i) Begründe mit Hilfe von c), warum UBC=U ist! j) Schalte nun ein Amperemeter falsch in die Schaltung, so dass es die Punkte A und B verbindet! Miss erneut die Spannungen U AB und UBC!
I
R1
B
U2
U1 A
R2
U
C
2
