Elektrischer Strom - Reihen- und Parallelschaltung, Physikübungen

Helligkeiten, Spannungen und Stromstärken in Reihen- und Parallelschaltungen, Vorwiderstand - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig) - 40 Aufgaben in 9 Levels

Hilfe
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    Hanna sollte sich überlegen, welche Frage sie genau beantworten möchte.
  • Hilfe zum Thema

    Experimente planen

    1. Ziel festlegen:
      Welche Frage(n) möchtest du beantworten? Was möchtest du untersuchen?
    2. Aufbau planen:
      Welche Materialen benötigst du? Wie musst du sie anordnen bzw. verwenden?
    3. Durchführung beschreiben:
      Wie läuft dein Experiment ab? Welche Größen wirst du wie messen?
    Das sind zugleich die ersten drei Schritte des Versuchsprotokolls "ZABMA" (Ziel, Aufbau, Beschreibung, Messergebnisse, Auswertung).
  • Weitere Hilfethemen

Aufgabe

Aufgabe 1 von 1 in Level 4
  • Plane das Experiment schrittweise.

    • Hanna schmückt mir ihrer Mutter den Christbaum mit einer Lichterkette. Alle Lämpchen der Kette leuchten, bis auf eines. "Wie kann das denn sein?" staunt Hanna. "Der Stromkreis ist doch nicht mehr geschlossen!". Ihre Mutter entgegnet ihr: "Doch, denn die Lämpchen sind alle parallel zueinander geschalten".

    Hanna möchte das testen und plant dazu ein Experiment.
    Schritt 1 von 7
    Gib an, was Hanna als erstes tun sollte:
    Einen Schaltplan zeichnen.
    Bauteile auswählen.
    Messgeräte auswählen.
    Ziel ihres Experiments formulieren.
    Eine Tabelle zeichnen.
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Stoff zum Thema
Modell des elektrischen Stromkreises:
das Wasserstromkreismodell

Wasserstromkreis Elektrischer Stromkreis
Wasserrohre Draht
Ventil Schalter
Wasserrad Lampe
Durchflusszähler Stromstärkemessgerät
Pumpe Elektrizitätsquelle
Wasserteilchen Elektronen
Wasserstromstärke:
Wassermenge pro Zeiteinheit		 Elektrische Stromstärke:
Ladungsmenge pro Zeiteinheit
Beispiel
Gib an, welche Lampen leuchten.
graphik

▇ keine leuchtet
▇ \(L_1\) leuchtet
▇ \(L_2\) leuchtet
▇ beide leuchten

Schaltungen aufbauen

  1. Lege alle Bauteile und Messgeräte sinnvoll aus.
  2. Starte mit dem einfachsten Weg vom Plus- zum Minuspol.
  3. Ergänze weitere (parallele) Zweige.
  4. Lass deine Schaltung von deiner Lehrkraft überprüfen.
  5. Baue die Elektrizitätsquelle ein.
Beispiel
Die Lampen wurden an eine leere Batterie angeschlossen. Wähle die richtige(n) Aussage(n) aus.

graphik

▇ Bei voller Batterie würde die obere Lampe leuchten.
▇ Bei voller Batterie würde die untere Lampe leuchten.
▇ Die Lampen sind parallel geschalten.
▇ Die Lampen sind in Reihe geschalten.
▇ Der Stromkreis ist nicht geschlossen.

Reihenschaltung
Bauteile wie auf einer Schnur hintereinander aufgereiht sind in Reihe geschaltet.

  • Durch jedes Bauteil fließt die gleiche Stromstärke:
    \(I=I_1=I_2=\ldots\)
  • Bei jedem Bauteil fällt je nach Widerstand unterschiedlich Spannung ab. Addiert man alle Spannungen, erhält man die Gesamtspannung:
    \(U=U_1+U_2+\ldots\)

Parallelschaltung
Bauteile "nebeneinander" im verzweigten Stromkreis sind parallel geschaltet.

  • Bei jedem Bauteil fällt die gleiche Spannung ab:
    \(U=U_1=U_2=\ldots\)
  • Die Stromstärke, die durch ein Bauteil fließt, hängt von dessen Widerstand ab. Addiert man alle Stromstärken, erhält man die Gesamtstromstärke:
    \(I=I_1+I_2+\ldots\)

Beispiel 1
graphik
Vergleiche die Helligkeiten der baugleichen, intakten Glühlampen.
Beispiel 2
graphik
Nenndaten der Lampe: \(4,5~\mathrm{V}\) / \(0,5~\mathrm{A}\)
Batterie: \(6,0~\mathrm{V}\)
Bestimme den Widerstandswert des ohmschen Widerstands so, dass die Nenndaten der Lampe erreicht werden.
Beispiel 3
graphik
Gegeben:
\( \begin{aligned} I &= 0,10~\mathrm{A}\\ R_1 &= 1,0~\mathrm{\Omega}\\ R_2 &= 2,0~\mathrm{\Omega} \end{aligned} \)
Berechne alle fehlenden Werte. Runde auf die gültigen Ziffern.
Beispiel 4
graphik
Gegeben:
U
=
12
 
V
R
1
=
1,0
 
Ω
    
    
R
2
=
2,0
 
Ω
Berechne alle fehlenden Werte. Runde auf geltende Ziffern.

Experimente planen

  1. Ziel festlegen:
    Welche Frage(n) möchtest du beantworten? Was möchtest du untersuchen?
  2. Aufbau planen:
    Welche Materialen benötigst du? Wie musst du sie anordnen bzw. verwenden?
  3. Durchführung beschreiben:
    Wie läuft dein Experiment ab? Welche Größen wirst du wie messen?
Das sind zugleich die ersten drei Schritte des Versuchsprotokolls "ZABMA" (Ziel, Aufbau, Beschreibung, Messergebnisse, Auswertung).

Stromstärke und Spannung bei Reihen- und Parallelschaltung

Stromstärke:
  • In einem unverzweigten Stromkreis ist die Stromstärke an jeder Stelle gleich groß.
  • An einem Verzweigungspunkt teilt sich der elektrische Strom auf: Die Summe der Teilstromstärken ergibt den Gesamtstrom (im unverzweigten Teil).
Spannung:
  • Die Spannung misst eine Potenzialdifferenz. Alle miteinander verbundenen Leiter sind auf dem selben Potenzial. Daher fällt an zwei parallel geschalteten "Verbrauchern" dieselbe Spannung an.
  • Sind zwei "Verbraucher" in Reihe geschaltet, so fällt an jedem eine Teilspannung ab, die in der Summe die Gesamtspannung der Spannungsquelle ergeben.
Beispiel 1
Helligkeitsvergleich von (baugleichen) Lampen an derselben Spannungsquelle:
1. Wie hell leuchten zwei parallel geschaltete Lampen im Vergleich zu einer baugleichen einzelnen Lampe an der selben Spannungsquelle?
2. Wie hell leuchten zwei in Reihe geschaltete Lampen im Vergleich zu einer baugleichen einzelnen Lampe an der selben Spannungsquelle?
Beispiel 2
In folgender Schaltung (s. Bild) wird 
U
1
=
4 V
 und 
U
=
U
ges
=
12 V
 gemessen.
graphik
In folgender Schaltung (s. Bild) wird 
I
=
I
ges
=
0,4 A
 und 
I
2
=
150 mA
 gemessen.
graphik
Was zeigen die anderen Strom- und Spannungsmessgeräte an?