Aufgaben: Elektrische Größen: Spannung, Stromstärke und Widerstand

Die Fernbedienung funktioniert mit zwei Batterien, auf denen $1,5\ \text{V}$ aufgedruckt ist. Welche elektrische Größe gibt diese Zahl an? Erkläre mit eigenen Worten, was sie über den „Antrieb“ aussagt, den die Batterie den Ladungen im Stromkreis gibt.

Welche elektrische Größe gibt an, wie viel Ladung in jeder Sekunde durch ein Kabel fließt? In welcher Einheit wird sie im Internationalen Einheitensystem gemessen?

Alle Bauteile eines Stromkreises behindern den Stromfluss mehr oder weniger. Welche Größe misst diese Behinderung? In welcher Einheit wird sie angegeben?

Ordne jeder elektrischen Größe ihre Einheit zu und schreibe die drei vollständigen Paare auf:

1. a) Spannung.
2. b) Stromstärke.
3. c) Widerstand.

Einheiten: Ohm ($\Omega$), Volt ($\text{V}$) und Ampere ($\text{A}$).

In der Wasseranalogie ähnelt ein elektrischer Stromkreis einem Wasserkreislauf mit einem hoch gelegenen Behälter und Rohren, wie in der Abbildung gezeigt.

Gib an, welcher elektrischen Größe jedes Element entspricht:

1. a) Die Höhe, in der sich der Behälter befindet.
2. b) Die Wassermenge, die pro Zeit durch das Rohr fließt.
3. c) Die Enge des Rohrs.

Im Labor verwenden wir ein Gerät, das je nach Stellung seines Drehschalters Spannung, Stromstärke und Widerstand messen kann.

1. a) Wie heißt es?
2. b) Welche Einstellung würdest du am Drehschalter wählen, um die $4,5\ \text{V}$-Batterie eines Spielzeugs zu überprüfen?

Vervollständige den Satz mit den fehlenden Wörtern: „Die Spannung wird in $\dots$ gemessen, die Stromstärke in $\dots$ und der Widerstand in $\dots$.“ Schreibe danach das Symbol jeder Einheit auf.

Ordne diese Batterien nach ihrem „Antrieb“ auf die Ladungen von der größten zur kleinsten: die $9\ \text{V}$-Batterie eines Rauchmelders, die $4,5\ \text{V}$-Batterie einer alten Taschenlampe und die $1,5\ \text{V}$-Batterie einer Wanduhr. Welche Größe hast du verglichen, um sie zu ordnen?

Ein Schlauch ist an einen hoch gelegenen Wasserbehälter angeschlossen, wie in der Abbildung gezeigt.

1. a) Was geschieht mit dem Wasserstrom, der aus dem Schlauch kommt, wenn wir den Behälter höher stellen?
2. b) Übertrage die Antwort auf einen Stromkreis: Welche elektrische Größe stellt die Höhe des Behälters dar und was passiert mit dem Strom, wenn sie zunimmt?
3. c) Was passiert mit dem Wasserstrom, wenn wir den Schlauch nun verengen? Wozu gehört das im Stromkreis?

Wir wollen mit dem Vielfachmessgerät den Widerstand einer Glühlampe messen, die vom Stromkreis getrennt ist.

1. a) Welche Einheit wählen wir am Drehschalter des Geräts?
2. b) Wenn das Messgerät $10\ \Omega$ anzeigt, erkläre, was dieser Wert bedeutet.

Betrachte den Stromkreis in der Abbildung mit den zwei möglichen Positionen (A und B) des Vielfachmessgeräts.

Um die Spannung zwischen den Anschlüssen einer an eine Batterie angeschlossenen Glühlampe zu messen: Wo setzt du die beiden Messspitzen des Vielfachmessgeräts an – an die beiden Anschlüsse der Glühlampe oder schneidest du ein Kabel durch und schaltest das Gerät in den Stromkreis ein? Erkläre, was das Messgerät bei jeder Anordnung misst.

In der Anleitung einer Spielzeugdrohne steht, dass ihre Motoren $500\ \text{mA}$ verbrauchen.

1. a) Gib diese Stromstärke in Ampere an.
2. b) Verbrauchen sie mehr oder weniger Strom als eine Glühlampe, durch die $0,6\ \text{A}$ fließen?

Im Labor liegen drei Widerstände, die mit $2\ \text{k}\Omega$, $2200\ \Omega$ und $2,5\cdot10^{3}\ \Omega$ beschriftet sind.

1. a) Gib die drei Werte in Ohm an.
2. b) Ordne sie vom kleinsten zum größten Widerstand.

Wir wollen den Strom messen, der durch eine Glühlampe in einem Stromkreis mit Batterie fließt, wie in der Abbildung, die zwei mögliche Positionen (A und B) des Geräts zeigt.

1. a) Wo muss das Amperemeter angeschlossen werden?
2. b) Erkläre, warum es nicht genügt, einfach die beiden Anschlüsse der Glühlampe mit den Messspitzen zu berühren.

Durch ein weites, kurzes Rohr fließt Wasser leicht; durch ein enges, langes Rohr fällt es ihm viel schwerer.

1. a) Welches der beiden Rohre setzt dem Wasser mehr Widerstand entgegen?
2. b) Übertrage die Idee auf zwei Kupferkabel, ein kurzes, dickes und ein langes, dünnes: In welchem fließt der Strom besser? Begründe.

Beim Messen einer Fernbedienungsbatterie, die $1,5\ \text{V}$ liefern sollte, zeigt das Gerät $1,2\ \text{V}$ an.

1. a) Welche Größe haben wir gemessen und in welcher Einheit?
2. b) Was ist deiner Meinung nach mit der Batterie passiert? Würdest du sie weiterhin in einem Gerät verwenden, das viel „Antrieb“ braucht?

Wir bauen einen Stromkreis aus einer Batterie, Kabeln und einer Glühlampe auf.

1. a) Stelle die vollständige Wasseranalogie auf: Gib an, was in einem Wasserkreislauf mit Pumpe die Batterie, die Kabel, die Glühlampe und der Strom darstellen.
2. b) Sage mithilfe der Analogie voraus, was mit der Helligkeit der Glühlampe passiert, wenn wir zu einer Batterie mit höherer Spannung wechseln.
3. c) Und wenn wir eine zweite Glühlampe hinzufügen, die den Weg noch mehr „verengt“?

Ein tragbarer Ventilator hat vier Batterien von $1,5\ \text{V}$, die hintereinander eingelegt sind, wie in der Abbildung gezeigt, und die Anordnung liefert $6\ \text{V}$.

1. a) Welche Größe addiert sich, wenn man die Batterien so anordnet?
2. b) Erkläre dieses Ergebnis, indem du dir mehrere Wasserpumpen vorstellst, die in derselben Leitung hintereinander angeordnet sind.
3. c) Welche Spannung würde die Anordnung liefern, wenn wir eine der Batterien entfernten?

Betrachte in der Abbildung, wie das Amperemeter und das Voltmeter angeschlossen sind.

Das Amperemeter wird in den Stromkreis eingeschaltet, sodass der gesamte Strom durch es fließt.

1. a) Begründe, ob sein Innenwiderstand sehr groß oder sehr klein sein muss. Überlege dabei, was mit dem Strom geschehen würde, den wir messen wollen.
2. b) Das Voltmeter wird dagegen an die beiden Anschlüsse des Bauteils angelegt. Begründe, ob es günstiger ist, wenn dieses einen großen oder kleinen Innenwiderstand hat. Überlege dabei, welchen Weg der Strom bevorzugen wird.

Die Spannung der Steckdosen im Haushalt beträgt $230\ \text{V}$ und die einer Knopfzelle $3\ \text{V}$.

1. a) Welche Größe vergleichen wir?
2. b) Erkläre mithilfe der Vorstellung vom „Antrieb“ auf die Ladungen, warum das Stromnetz gefährlich ist und eine Knopfzelle nicht.
3. c) Der menschliche Körper setzt dem Stromfluss einen gewissen Widerstand entgegen. Überlege mit dieser Idee, was passiert, wenn die Spannung, die wir berühren, viel größer ist.

Du hast eine Batterie, eine Glühlampe, Kabel und ein Vielfachmessgerät. Beschreibe Schritt für Schritt, wie du Folgendes messen würdest:

1. a) Die Spannung, die die Batterie an die Glühlampe legt.
2. b) Die Stromstärke, die durch sie fließt.
3. c) Erkläre, warum das Gerät in einem Fall an die Anschlüsse der Glühlampe angelegt und im anderen Fall in den Stromkreis eingeschaltet wird.

Bei einem Aufbau im Labor ersetzt Finn das dicke Kabel durch einen sehr dünnen, langen Kupferdraht und beobachtet, dass die Glühlampe weniger hell leuchtet.

1. a) Welche Größe des neuen Kabels hat sich gegenüber dem vorherigen verändert?
2. b) Erkläre mit der Wasseranalogie, warum die Glühlampe weniger hell leuchtet.
3. c) Sage voraus, was mit der Anzeige des Amperemeters im Stromkreis passiert ist: Zeigt es mehr, weniger oder gleich viel an?

Wir schließen nacheinander an dieselbe Batterie mit einer Glühlampe einen Kupferstab und eine Bleistiftmine (Graphit) gleicher Größe an: Mit dem Kupfer leuchtet die Glühlampe deutlich heller.

1. a) Welches der beiden Materialien hat den größeren Widerstand? Woher weißt du das?
2. b) Würdest du Graphit als Leiter oder als Isolator bezeichnen? Begründe mit deiner Beobachtung.
3. c) Nenne einen Grund, warum die Ummantelungen von Kabeln aus Kunststoff und nicht aus Graphit sind.

Diese Sätze aus einer Klassenarbeit enthalten Fehler bei den Einheiten. Verbessere jeden Satz und begründe die Verbesserung:

1. a) „Die Batterie hat eine Stromstärke von $1,5\ \text{V}$.“
2. b) „Durch die Glühlampe fließt eine Spannung von $0,3\ \text{A}$.“
3. c) „Der Widerstand dieses Kabels beträgt $10\ \text{V}$.“