[[Benutzer:Buss-Haskert/Elektrische Stromkreise/Energie|5 Elektrische Energie und Leistung]]}}
==3 Spannung==
Ideensammlung:
===3.1 Spannung - Grundbegriffe===
Der nachfolgende Film wiederholt zunächst in einem Modell (Bergmodell - Skifahren) die Bedeutung der Stromstärke. Ab 2:15 Minuten wird auch der Begriff "Spannung" mit diesem Modell erklärt. Schau das Video mehrmals an, bis du das Berg-Modell zur Spannung nachvollziehen kannst.
Der nachfolgende Film wiederholt zunächst in einem Modell (Bergmodell - Skifahren) die Bedeutung der Stromstärke. Ab 2:15 Minuten wird auch der Begriff "Spannung" mit diesem Modell erklärt. Schau das Video mehrmals an, bis du das Berg-Modell zur Spannung nachvollziehen kannst.
{{#ev:youtube|yzV1qwCHZ1I|800|center}}
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{{Box|Berg-Modell zur Spannung|Fülle den Lückentext aus und übertrage ihn in dein Heft|Arbeitsmethode}}
<div class="lueckentext-quiz">
<div class="lueckentext-quiz">
Vergleiche das Berg-Modell der Skifahrer mit der elektrischen Spannung:
Vergleiche das Berg-Modell der Skifahrer mit der elektrischen Spannung:
Zeile 10:
Zeile 21:
Höhe des Berges<br>
Höhe des Berges<br>
fahrende Skifahrer<br>
fahrende Skifahrer<br>
Skilift</div>
Skilift<br></div>
<div class="width-1-2">elektrische Spannung<br>
<div class="width-1-2">elektrische Spannung<br>
'''Spannung'''<br>
'''Spannung'''<br>
'''fließende Elektronen'''<br>
'''fließende Elektronen'''<br>
'''Kraftwert'''</div>
'''Kraftwert'''<br></div>
</div>
</div>
Die Berg ist der Grund, warum sich die Skifahrer von A (Berg) nach B (Tal) bewegen. Ebenso ist die '''Spannung''' der Grund dafür, dass sich die '''Elektronen''' von A nach B bewegen.
Der Berg ist der Grund, warum sich die Skifahrer von A (Berg) nach B (Tal) bewegen. Ebenso ist die '''Spannung''' der Grund dafür, dass sich die '''Elektronen''' von A nach B bewegen.
</div>
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{{Box|Übung 1|Löse das Arbeitsblatt zum Bergmodell der Seite leifiphysik. Du kannst das AB ins Heft übertragen oder ausdrucken (Anhang im Modul Aufgaben).
*[https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektrische-grundgroessen/aufgabe/skifahrer-modell-des-elektrischen-stromkreises '''Link zur Aufgabe''']|Üben}}
<br>
Möchtest du noch etwas genauer in dieses Modell schauen? Dann geht es hier weiter:
{{#ev:youtube|KUj8TN1FbRI|400|center}}
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{{Box|Übung 2: Vergleich Wasserkreislauf und Stromkreis|Schau die Simulation auf der Seite leifiphysik an. Dort wird ein Stromkreis mit einem Wasserkreislauf verglichen. Erläutere die Gegenüberstellung in der Tabelle. (Mündliche Aufgabe)
* [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektrische-grundgroessen/grundwissen/elektrische-spannung-und-energie '''Link zur Seite leifiphysik''']|Üben}}
<br>
{{Box|1=Die elektrische Spannung|2=Fülle den Lückentext aus und übertrage ihn in dein Heft.|3=Arbeitsmethode}}
<div class="lueckentext-quiz">
Die '''Spannung''' gibt an, '''wie stark''' die Elektronen angetrieben werden müssen, damit sie durch die '''Lampe''' fließen.<br>
Formelzeichen für die Spannung: '''U''' (lat. urgere (drängen, drücken))<br>
Einheit für die Spannung: '''V''' nach dem Physiker Alessandro Volta<br>
Schaltzeichen für Spannungsmesser: [[Datei:Schaltzeichen Spannungsmesser.png|rahmenlos|120x120px]]<br>
Formel: Spannung = <math>\tfrac{Energie}{Ladung}=\tfrac{E}{Q}</math> (mehr dazu im Video unten)
Wir messen die Spannung mit einem Spannungsmessgerät, einem Voltmeter.<br>
In der Schule verwenden wir digitale Multimeter. Achte beim Experimentiere darauf, dass du die Einstellungen vor dem Messen richtig vornimmst.<br>
[[Datei:Symbol Digital Multimeter.svg|rahmenlos|282x282px]]<br>
{{Box|Messung der Spannung|Um die Spannung in einem Stromkreis zu messen, musst du das Messgerät in den Stromkreis einbauen. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten: in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung.<br>
Du möchtest messen, wie stark die Elektronen angetrieben werden ("Höhe des Berges"). <br>
Wie muss der Spannungsmesser in einen Stromkreis eingebaut werden?<br>
|Frage}}
{{Lösung versteckt|Der Spannungsmesser muss parallel zum Spannungsquelle bzw. zum Verbraucher in den Stromkreis eingebaut werden. Er misst dann, wie stark die Elektronen zwischen den beiden Messpunkten angetrieben werden.[[Datei:Spannungsmesser eingebaut im Stromkreis.png|rahmenlos]][[Datei:Spannungsmesser im Stromkreis 2.png|rahmenlos]]<br>
Führe die nachfolgenden Experimente mithilfe der Simulation auf der Seite phet.cororado durch.
<br>
===3.2 Spannung in der Reihenschaltung===
{{Box|Hefteintrag: Spannung in der Reihenschaltung|Schreibe das nachfolgenden Experiment in dein Heft. Notiere den Versuchsaufbau, zeichne den Schaltplan ab und schreibe deine Beobachtung in der Tabelle auf. Zum Schluss formuliere ein Ergebnis, die Tipps helfen dir. Achte auf eine vollständige und übersichtliche Darstellung.|Arbeitsmethode}}
{{Box|1=Experiment/Simulation: Reihenschaltung|2=Baue einen Stromkreis mit '''zwei Lampen in Reihe''' auf.<br>
Miss die Spannung, die vom Netzteil ausgeht und die Spannung an den einzelnen Lampen. <br>
Schaltplan:
[[Datei:Spannungsmessung in der Reihenschaltung.png|rahmenlos]]
Der Spannungsmesser wird so in Reihe geschaltet: [[Datei:Spannungsmessung in der Reihenschaltung phet1.png|rahmenlos]][[Datei:Spannungsmessung in der Reihenschaltung phet2.png|rahmenlos]][[Datei:Spannungsmessung in der Reihenschaltung phet3.png|rahmenlos]]|Bilder zur Simulation|Verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=Ergebnis: Die Spannung der Batterie teilt sich in der Reihenschaltung auf die Lampen auf.<br>
{{Box|Übung 3|Löse die Aufgaben aus dem Buch. Notiere deine Lösungen ausführlich und übersichtlich im Heft.
* S. 149 Nr. 1
* S. 149 Nr. 2|Üben}}
{{Lösung versteckt|Vergleiche deine Lösungen mit denen hinten im Buch. (Zu den orangenen Seiten sind immer die Lösungen hinten im Buch)<br>
Vergleiche, berichtige gegebenenfalls und hake mit einem andersfarbigen Stift ab.|Vergleiche deine Lösungen|Verbergen}}
===3.3 Spannung in der Parallelschaltung===
{{Box|Hefteintrag: Spannung in der Parallelschaltung|Schreibe das nachfolgende Experiment in dein Heft. Notiere den Versuchsaufbau, zeichne den Schaltplan ab und schreibe deine Beobachtung in der Tabelle auf. Zum Schluss formuliere ein Ergebnis, die Tipps helfen dir. Achte auf eine vollständige und übersichtliche Darstellung.|Arbeitsmethode}}
{{Box|1=Experiment/Simulation: Parallelschaltung|2=Baue einen Stromkreis mit '''zwei parallel geschalteten Lampen''' auf.<br>
Miss die Spannung, die vom Netzteil ausgeht und die Spannung an den einzelnen Lampen. <br>
Schaltpläne:<br>
[[Datei:Spannungsmessung in der Parallelschaltung.png|rahmenlos]]
{{Lösung versteckt|Die Spannungsmessung in der Parallelschaltung müsste so aussehen: <br>
[[Datei:Spannungsmessung in der Parallelschaltung phet 1.png|rahmenlos]][[Datei:Spannungsmessung in der Parallelschaltung phet 2.png|rahmenlos]][[Datei:Spannungsmessung in der Parallelschaltung phet 3.png|rahmenlos]]|Bilder zur Simulation|Verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=Ergebnis: In der Parallelschaltung ist die Spannung an allen Messpunkte gleich groß:
{{Lösung versteckt|1=2a) Um welche Schaltung handelt es sich? Was weißt du über die Spannung in dieser Schaltungsart? Wenn die Lampen gleich hell leuchten muss die Spannung an den Lampen in den Bildern gleich hoch sein.<br>
Lösung: 4V (Begründe!)<br>
b) Um welche Schaltungsart handelt es sich?<br>
Was gilt also für die Spannung?<br>
(Die Stromstärke für eine Lampe kannst du aus Bild 2 entnehmen: I = 0,1A) Was gilt dann für die gesamte Stromstärke?<br>|2=Tipp zu A2|3=Verbergen}}
{{Lösung versteckt|Durch schnelleres Drehen wird die Spannung erhöht.<br>
Wird die Stromstärke I erhöht, wird das Drehen schwerer.|Tipp zu A3|Verbergen}}
{{Lösung versteckt|Um welche Schaltungsart handelt es sich hier? Um die REIHENSCHALTUNG. Du musst also dein altes Wissen anwenden, um die Aufgabe zu lösen.|Tipp zu A4|Verbergen}}
*[https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektrische-grundgroessen/aufgabe/quiz-zum-messen-mit-spannungsmessern '''Link zum Quiz: Spannung'''][
*[https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektrische-grundgroessen/aufgabe/analyse-einer-schaltung '''Link zur Aufgabe: Analyse einer Schaltung''']
*[https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektrische-grundgroessen/aufgabe/schaltung-von-messgeraeten '''Link zur Aufgabe: Schaltung von Messgeräten''']
*[https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektrische-grundgroessen/aufgabe/quiz-zur-schaltung-von-batterien '''Quiz zur Schaltung von Batterien''']|Üben}}
Der nachfolgende Film wiederholt zunächst in einem Modell (Bergmodell - Skifahren) die Bedeutung der Stromstärke. Ab 2:15 Minuten wird auch der Begriff "Spannung" mit diesem Modell erklärt. Schau das Video mehrmals an, bis du das Berg-Modell zur Spannung nachvollziehen kannst.
Fülle den Lückentext aus und übertrage ihn in dein Heft
Vergleiche das Berg-Modell der Skifahrer mit der elektrischen Spannung:
Berg-Modell
Höhe des Berges
fahrende Skifahrer
Skilift
elektrische Spannung
Spannung fließende Elektronen
Kraftwert
Der Berg ist der Grund, warum sich die Skifahrer von A (Berg) nach B (Tal) bewegen. Ebenso ist die Spannung der Grund dafür, dass sich die Elektronen von A nach B bewegen.
Übung 1
Löse das Arbeitsblatt zum Bergmodell der Seite leifiphysik. Du kannst das AB ins Heft übertragen oder ausdrucken (Anhang im Modul Aufgaben).
Schau die Simulation auf der Seite leifiphysik an. Dort wird ein Stromkreis mit einem Wasserkreislauf verglichen. Erläutere die Gegenüberstellung in der Tabelle. (Mündliche Aufgabe)
Fülle den Lückentext aus und übertrage ihn in dein Heft.
Die Spannung gibt an, wie stark die Elektronen angetrieben werden müssen, damit sie durch die Lampe fließen.
Formelzeichen für die Spannung: U (lat. urgere (drängen, drücken))
Einheit für die Spannung: V nach dem Physiker Alessandro Volta
Schaltzeichen für Spannungsmesser:
Formel: Spannung = (mehr dazu im Video unten)
Klar soweit?
Wir messen die Spannung mit einem Spannungsmessgerät, einem Voltmeter.
In der Schule verwenden wir digitale Multimeter. Achte beim Experimentiere darauf, dass du die Einstellungen vor dem Messen richtig vornimmst.
Messung der Spannung
Um die Spannung in einem Stromkreis zu messen, musst du das Messgerät in den Stromkreis einbauen. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten: in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung.
Du möchtest messen, wie stark die Elektronen angetrieben werden ("Höhe des Berges").
Wie muss der Spannungsmesser in einen Stromkreis eingebaut werden?
Der Spannungsmesser muss parallel zum Spannungsquelle bzw. zum Verbraucher in den Stromkreis eingebaut werden. Er misst dann, wie stark die Elektronen zwischen den beiden Messpunkten angetrieben werden.
Führe die nachfolgenden Experimente mithilfe der Simulation auf der Seite phet.cororado durch.
3.2 Spannung in der Reihenschaltung
Hefteintrag: Spannung in der Reihenschaltung
Schreibe das nachfolgenden Experiment in dein Heft. Notiere den Versuchsaufbau, zeichne den Schaltplan ab und schreibe deine Beobachtung in der Tabelle auf. Zum Schluss formuliere ein Ergebnis, die Tipps helfen dir. Achte auf eine vollständige und übersichtliche Darstellung.
Experiment/Simulation: Reihenschaltung
Baue einen Stromkreis mit zwei Lampen in Reihe auf.
Miss die Spannung, die vom Netzteil ausgeht und die Spannung an den einzelnen Lampen.
Schaltplan:
Löse die Aufgaben aus dem Buch. Notiere deine Lösungen ausführlich und übersichtlich im Heft.
S. 149 Nr. 1
S. 149 Nr. 2
Vergleiche deine Lösungen mit denen hinten im Buch. (Zu den orangenen Seiten sind immer die Lösungen hinten im Buch)
Vergleiche, berichtige gegebenenfalls und hake mit einem andersfarbigen Stift ab.
3.3 Spannung in der Parallelschaltung
Hefteintrag: Spannung in der Parallelschaltung
Schreibe das nachfolgende Experiment in dein Heft. Notiere den Versuchsaufbau, zeichne den Schaltplan ab und schreibe deine Beobachtung in der Tabelle auf. Zum Schluss formuliere ein Ergebnis, die Tipps helfen dir. Achte auf eine vollständige und übersichtliche Darstellung.
Experiment/Simulation: Parallelschaltung
Baue einen Stromkreis mit zwei parallel geschalteten Lampen auf.
Miss die Spannung, die vom Netzteil ausgeht und die Spannung an den einzelnen Lampen.
Schaltpläne:
Löse die Aufgaben aus dem Buch. Notiere deine Lösungen ausführlich und übersichtlich im Heft.
S. 148 A2
S. 148 A3
S. 148 A4
2a) Um welche Schaltung handelt es sich? Was weißt du über die Spannung in dieser Schaltungsart? Wenn die Lampen gleich hell leuchten muss die Spannung an den Lampen in den Bildern gleich hoch sein.
Lösung: 4V (Begründe!)
b) Um welche Schaltungsart handelt es sich?
Was gilt also für die Spannung?
(Die Stromstärke für eine Lampe kannst du aus Bild 2 entnehmen: I = 0,1A) Was gilt dann für die gesamte Stromstärke?
Durch schnelleres Drehen wird die Spannung erhöht.
Wird die Stromstärke I erhöht, wird das Drehen schwerer.
Um welche Schaltungsart handelt es sich hier? Um die REIHENSCHALTUNG. Du musst also dein altes Wissen anwenden, um die Aufgabe zu lösen.
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