Elektrische Energien - Ladung und Stromstärke, Physikübungen

Ladung als Vielfache der Elementarladung, Stromstärke als "Ladung pro Zeit" - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig) - 43 Aufgaben in 8 Levels

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Aufgabe

Aufgabe 1 von 3 in Level 4
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Stoff zum Thema
Einheiten von Ladung und Stromstärke

Ladung
Den Ladungsunterschied kann man mit \(\colorbox{#E8EFF5}{\(\Delta Q=I\cdot \Delta t\)}\) berechnen.
Daher ergibt sich die Basiseinheit Amperesekunden \(\mathrm{As}\), die man auch mit Coulomb \(\mathrm{C}\) bezeichnet.
Umrechnungstabelle:

\( \begin{array}{|rrr|} \hline 1\ \mu \mathrm{As} &= &1\ \mathrm{\mu C} &= &0,000001\ \mathrm{C}\\ 1\ \mathrm{mAs} &= &1\ \mathrm{mC} &= &0,001\ \mathrm{C}\\ 1\ \mathrm{As} &= &1\ \mathrm{C} &= &1\ \mathrm{C}\\ 1\ \mathrm{kAs} &= &1\ \mathrm{kC} &= &1000\ \mathrm{C}\\ 1\ \mathrm{MAs} &= &1\ \mathrm{MC} &= &1\ 000\ 000\ \mathrm{C}\\\hline 3600\ \mathrm{As} &= &60\ \mathrm{Amin} &= &1\ \mathrm{Ah}\\ \hline \end{array} \)


Stromstärke
Die Stromstärke \(I\) wird in Ampere \(\mathrm{A}\) gemessen.
Umrechnungstabelle:

\( \begin{array}{|rcrcr|} \hline 1\ \mathrm{\mu A} &= &0,000001\ \mathrm{A} &= &1\cdot 10^{-6}\ \mathrm{A}\\ 1\ \mathrm{mA} &= &0,001\ \mathrm{A} &= &1\cdot 10^{-3}\ \mathrm{A}\\ 1\ \mathrm{kA} &= &1000\ \mathrm{A} &= &1\cdot 10^{3}\ \mathrm{A}\\ 1\ \mathrm{MA} &= &1\ 000\ 000\ \mathrm{A} &= &1\cdot 10^{6}\ \mathrm{A}\\ \hline \end{array} \)

Beispiel 1
Ergänze die Umrechnung.

Megaampere \(\mathrm{MA}\)
sind umgerechnet
Ampere \(\mathrm{A}\).
Beispiel 2
Rechne die elektrische Ladung in ihre Basiseinheit Coulomb \(\mathrm{C}\) um. Behalte dabei die geltenden Ziffern bei.
\(0,100\ \mathrm{mAh}=\)
▇ \(100\ \mathrm{C}\)
▇ \(0,027\ \mathrm{C}\)
▇ \(0,36\ \mathrm{C}\)
▇ \(0,360\ \mathrm{C}\)
Beispiel 3
Ordne die elektrischen Ladungen nach ihrer Größe von klein nach groß.


Beispiel 4
Ein Kühlschrank wird konstant mit \(1,0\ \mathrm{A}\) betrieben. Berechne, wie viel Ladung pro Tag durch den Kühlschrank fließen.

Geg:



Ges:

Elementarladung
Kleinste, einzeln messbare Ladung \(e\). Ein Elektron hat die Ladung \(-e\), ein Proton die Ladung \(+e\).
Größe:   \(e=1,602176634\cdot 10^{-19}\ \mathrm{C}\)

Elektrische Ladung

Gibt den Elektronenmangel bzw. Elektronenüberschuss eines Körpers an. Stets negatives oder positives Vielfache der Elementarladung \(e\).
Formelzeichen:  \(Q\)   ("Quantum")
Formeln:  \(\colorbox{#E8EFF5}{\(Q=N\cdot e\)}\),   wobei N eine ganze Zahl ist
  \(\colorbox{#E8EFF5}{\(\Delta Q=I\cdot \Delta t\)}\)
Basiseinheit: Coulomb   \(\mathrm{C}\)

Stromstärke

Maß für die Ladung pro Zeit durch einen Leiterquerschnitt.
Formelzeichen:  \(I\)   ("intensity")
Formel:  \(\colorbox{#E8EFF5}{\(I=\dfrac{\Delta Q}{\Delta t}\)}\)
Basiseinheit: Ampere   \(\mathrm{A}\)

Beispiel 1
Berechne die Anzahl \(N\) der fließenden Elektronen. Gib das Ergebnis in wissenschaftlicher Schreibweise an.

Durch das Heizelement eines Wasserkochers fließen in zwei Minuten \(1560\ \mathrm{C}\), bis etwa ein Liter Wasser kocht.

N = ▇ · 10 ▇

Hinweis: Rechne mit \(e=1,602176634\cdot 10^{-19}\ \mathrm{C}.\)
Beispiel 2

Aufgabe:
Ein Strom der Stärke \(0,41\ \mathrm{A}\) fließt durch ein Bauteil. Berechne die Ladung in Amperesekunden, die in \(5\ \mathrm{s}\) durch das Bauteil fließt. Gib das Ergebnis mit der maximalen Anzahl an geltenden Ziffern an.

Schülerlösung:

Geg:
\( \begin{align} I &=0,41\ \mathrm{A}\\ \Delta t &=5\ \mathrm{s} \end{align} \)

Ges:
\(\Delta Q\)

Lösung:
\( \begin{align} I &=\dfrac{\Delta Q}{\Delta t} &|& \cdot \Delta t\\ I\cdot \Delta t &= \Delta Q\\ \Delta Q &= I \cdot \Delta t\\ \Delta Q &= 0,41\ \mathrm{A} \cdot 5\ \mathrm{s}\\ \Delta Q &= 2,05\ \mathrm{As} \end{align} \)

Ergebnis:
\(\Delta Q = 2,05\ \mathrm{As}\)
Beispiel 3
Ein Strom der Stärke \(25\ \mathrm{mA}\) fließt durch ein Bauteil. Berechne die Ladung in Coulomb, die in \(350\ \mathrm{ms}\) durch das Bauteil fließt. Gib das Ergebnis mit der maximalen Anzahl an geltenden Ziffern an.