Benutzer:Buss-Haskert/Elektrische Stromkreise/Widerstand: Unterschied zwischen den Versionen

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Eine Liste zu den Farbcodes findest du auf der Seite [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/widerstand-spez-widerstand/ausblick/farbcodes-von-widerstaenden '''leifiphysik'''].|Kurzinfo}}
Eine Liste zu den Farbcodes findest du auf der Seite [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/widerstand-spez-widerstand/ausblick/farbcodes-von-widerstaenden '''leifiphysik'''].|Kurzinfo}}


===4.1 Widerstand in Reihen- und Parallelschaltung===
===4.1 Widerstände in der Reihenschaltung===


{{Box|Hefteintrag: Widerstand in der Reihenschaltung|Schreibe das nachfolgenden Experiment in dein Heft. Notiere den Versuchsaufbau, zeichne den Schaltplan ab und schreibe deine Beobachtung auf. Zum Schluss formuliere ein Ergebnis, die Tipps helfen dir. Achte auf eine vollständige und übersichtliche Darstellung.|Arbeitsmethode}}
{{Box|Hefteintrag: Widerstand in der Reihenschaltung|Schreibe das nachfolgenden Experiment in dein Heft. Notiere den Versuchsaufbau, zeichne den Schaltplan ab und schreibe deine Beobachtung auf. Zum Schluss formuliere ein Ergebnis, die Tipps helfen dir. Achte auf eine vollständige und übersichtliche Darstellung.|Arbeitsmethode}}
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* Stelle die Widerstände R<sub>1</sub> = 15Ω und R<sub>2</sub> = 5Ω ein.<br>
* Stelle die Widerstände R<sub>1</sub> = 15Ω und R<sub>2</sub> = 5Ω ein.<br>
* Miss jeweils die Spannungen U<sub>0</sub>  , U<sub>1</sub> und U<sub>2</sub> sowie die Stromstärken I<sub>0</sub>  , I<sub>1</sub> und I<sub>2</sub> (Batterie und Widerstände).
* Miss jeweils die Spannungen U<sub>0</sub>  , U<sub>1</sub> und U<sub>2</sub> sowie die Stromstärken I<sub>0</sub>  , I<sub>1</sub> und I<sub>2</sub> (Batterie und Widerstände).
* Welche Gesetzmäßigkeiten zur Stromstärke und Spannung fallen dir in den Schaltungen auf? Wie groß ist der Gesamtwiderstand? <br>Gilt: R_Ges = <math>\tfrac{U_0}{I_0}</math>?
* Welche Gesetzmäßigkeiten zur Stromstärke und Spannung fallen dir in den Schaltungen auf? Wie groß ist der Gesamtwiderstand R<sub>ges</sub> = <math>\tfrac{U_0}{I_0}</math>?




[[Datei:Spannungsmessung in der Reihenschaltung.png|rahmenlos]]
[[Datei:Widerstand Reihenschaltung Stromkreis.png|rahmenlos]]


'''Beobachtung:''' <br>
'''Beobachtung:''' <br>
{{(!}} class=wikitable


{{!-}}
Spannung (U) U<sub>0</sub> = ___V U<sub>1</sub> = ___V U<sub>2</sub> = ___V<br>
{{!}} Spannung (U) U<sub>0</sub> = ___V  
Stromstärke (I) I<sub>0</sub> = ___A I<sub>1</sub> = ___A I<sub>2</sub> = ___A <br>
{{!}} U<sub>1</sub> = ___V
 
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{{!}} Stromstärke (I) I<sub>0</sub> = ___A
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{{!}} I<sub>2</sub> = ___A
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<br>
<br>
'''Ergebnis:''' ...|3=Arbeitsmethode}}
'''Ergebnis:''' ...|3=Arbeitsmethode}}
Simulation: [https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab/latest/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab_de.html '''phet.colorado - Viruelles Gleichstromlabor''']
Simulation: [https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab/latest/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab_de.html '''phet.colorado - Viruelles Gleichstromlabor''']
{{Lösung versteckt|Die Reihenschaltung müsste so aussehen:<br>
{{Lösung versteckt|Die Reihenschaltung müsste so aussehen:<br>
[[Datei:Reihenschaltung phet.png|rahmenlos|500px]] <br>
[[Datei:Widerstand Reihenschaltung phet Bild.png|rahmenlos]] <br>
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}}
Wenn du auf den Widerstand klickst, kannst du die Größe des Widerstandes mit einem Schieberegler einstellen (achte auf die Farbringe, sie ändern sich passend).<br>|Tipps zur Simulation|Verbergen}}
 
{{Lösung versteckt|1=Ergebnis: <br>
Spannung (U) U<sub>0</sub> = 9 V  U<sub>1</sub> = 6,75 V  U<sub>2</sub> = 2,25 V<br>
Stromstärke (I) I<sub>0</sub> = 0,45 A  I<sub>1</sub> = 0,45 A  I<sub>2</sub> = 0,45 A <br>
Es gilt R<sub>ges</sub> = <math>\tfrac{U_0}{I_0}</math> = R<sub>1</sub> + R<sub>2</sub><br>
In der Reihenschaltung addieren sich die Widerstände zu einem Gesamtwiderstand: <br>
'''R<sub>ges</sub> = R<sub>1</sub> + R<sub>2</sub><br>'''|2=Vergleiche deine Lösung|3=Verbergen}}
 
===4.2 Widerstände in der Parallelschaltung===
 
{{Box|Hefteintrag: Widerstand in der Parallelschaltung|Schreibe das nachfolgenden Experiment in dein Heft. Notiere den Versuchsaufbau, zeichne den Schaltplan ab und schreibe deine Beobachtung 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 Widerständen''' auf.
* Stelle die Widerstände R<sub>1</sub> = 15Ω und R<sub>2</sub> = 5Ω ein.<br>
* Miss jeweils die Spannungen U<sub>0</sub>  , U<sub>1</sub> und U<sub>2</sub> sowie die Stromstärken I<sub>0</sub>  , I<sub>1</sub> und I<sub>2</sub> (Batterie und Widerstände).
* Welche Gesetzmäßigkeiten zur Stromstärke und Spannung fallen dir in den Schaltungen auf? Wie groß ist der Gesamtwiderstand R<sub>ges</sub> = <math>\tfrac{U_0}{I_0}</math>?
 
 
[[Datei:Widerstand Parallelschaltung Schaltplan.png|rahmenlos]]


<nowiki>{{Lösung versteckt|1=Ergebnis: Die Spannung der Batterie teilt sich in der Reihenschaltung auf die Lampen auf.</nowiki><br>
'''Beobachtung:''' <br>


  U<sub>Quelle</sub> = U<sub>1</sub> + U<sub>2</sub>
Spannung (U) U<sub>0</sub> = ___V  U<sub>1</sub> = ___V  U<sub>2</sub> = ___V<br>
   
Stromstärke (I) I<sub>0</sub> = ___A I<sub>1</sub> = ___A  I<sub>2</sub> = ___A <br>
•Erstelle beide Stromreise mit dem Simulationsprogramm und stellen die angegebenen Werte der Widerstände ein.


•
<br>
'''Ergebnis:''' Für den Gesamtwiderstand gilt: <math>\tfrac{1}{R_ges}</math> = <math>\tfrac{I_0}{U_0}</math> = ...|3=Arbeitsmethode}}
Simulation: [https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab/latest/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab_de.html '''phet.colorado - Viruelles Gleichstromlabor''']
{{Lösung versteckt|Die Parallelschaltung müsste so aussehen:<br>
[[Datei:Widerstand Parallelschaltung phet Bild.png|rahmenlos]] <br>
Wenn du auf den Widerstand klickst, kannst du die Größe des Widerstandes mit einem Schieberegler einstellen (achte auf die Farbringe, sie ändern sich passend).<br>|Tipps zur Simulation|Verbergen}}


• Welche Gesetzmäßigkeiten zur Stromstärke und Spannung fallen dir in den Schaltungen auf? Wie groß ist der Gesamtwiderstand  R_Ges= U_0/I_0  ?
{{Lösung versteckt|1=Ergebnis: <br>
Spannung (U) U<sub>0</sub> = 9 V  U<sub>1</sub> = 9 V  U<sub>2</sub> = 9 V<br>
Stromstärke (I) I<sub>0</sub> =2,4 A  I<sub>1</sub> = 0,6 A  I<sub>2</sub> = 1,8 A <br>
Es gilt R<sub>ges</sub> = <math>\tfrac{U_0}{I_0}</math> = R<sub>1</sub> + R<sub>2</sub><br>
<math>\tfrac{1}{R_ges}</math> = <math>\tfrac{I_0}{U_0}</math> = <math>\tfrac{1}{R_1}</math> + <math>\tfrac{1}{R_2}</math>|2=Vergleiche deine Lösung|3=Verbergen}}


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Version vom 13. März 2021, 18:06 Uhr

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SEITE IM AUFBAU!

4) Widerstand

Vorbereitender Arbeitsauftrag

Warum erwärmen sich Heizdrähte im Toaster, die Anschlussleitung aber nicht?
Bearbeite den vorbereitenden Auftrag

  • S. 166 1.


Info
Gehe auf die Seite leifiphysik und lies die Informationen. Bearbeite danach den Lückentext.

Die Eigenschaft eines Stromkreises oder eines einzelnen Bauteils der 'Hemmung des Stromflusses nennt man in der Physik den Widerstand. Das Symbol für den Widerstand ist R.

Bleibt die Spannung gleich, hat der Stromkreis, der einen kleineren Stromfluss zulässt, den größeren Widerstand.
Ist die Stromstärke gleich, hat der Stromkreis, bei dem eine größere Spannung erforderlich ist, den größeren Widerstand.
Wie groß der Widerstand ist hängt vom verwendeten Material, dessen Aufbau und der Temperatur ab.

Wie hängen die Größen Spannung, Stromstärke und Widerstand zusammen?

Nutze die Simulation auf der Seite phet.colorado.edu, um den Zusammenhang der drei Größen Spannung, Stromstärke und Widerstand zu erarbeiten.

Notiere deine Beobachtung in den Heft.
Wovon hängt der Widerstand ab?

Nutze die Simulation auf der Seite phet.colorado.edu, um herauszufinden, welchen Einfluss die Kabellänge und die Querschnittsfläche eines Leiters auf den elektrischen Widerstand haben.

Notiere deine Beobachtung in den Heft.


Übung 1
Schau das Video auf sofatutor an, das im Modul Aufgaben verlinkt ist. Löse danach die Übungen zum Video und lade einen Screenshot deiner Ergebnisse im Modul Aufgaben hoch.


Der elektrische Widerstand

Der elektrische Widerstand ist die Eigenschaft elektrischer Leiter, Elektronen in ihrer Bewegung zu hemmen.

Formelzeichen: R (engl. resistance)
Formel: R = ; Widerstand =
Einheit: 1 Ω (1 Ohm)
Schaltzeichen: Schaltzeichen Widerstand.png

Der Widerstand 1 Ω gibt an, bei welcher Spannung die Stromstärke genau 1 A betragen würde.

Dieser Zusammenhang wird Ohm'sches Gesetzt genannt, nach dem Physiker Georg Simon Ohm. Den Zusammenhang zwischen Spannung, Stromstärke und Widerstand kannst du dir gut mit einem Formeldreieck merken:
Widerstand Formeldreieck.png
Stellst du die Formel nach U um, ergibt sich U = R · I (Merke:"URI")


Übung 2

Löse die Aufgaben aus dem Buch S. 170

  • Beispielrechnung abschreiben
  • A1
  • A2
  • A3

Vergleich deine Lösungen:

2Ω; 4Ω; 50Ω; 22,2Ω; 105,3Ω; 528,7Ω; 1000V; 1mA
Formel: R = ; Setze die Werte ein.

a) Für die Berechnung des Widerstandes müssen du die Spannung in Volt und die Stromstärke in Ampère gegeben sein. Wandel 95mA in A um. (95 Milliampère = ... Ampère)
b) Auch hier musst du die Stromstärke 435mA in A umwandeln.

Der Widerstand im glühenden Draht ist ca. ...mal so groß, wie im kalten Zustand.

a) Stelle die Formel nach U um und setze ein.

b) Stelle die Formel nach I um und setze ein.



Übung 3

Löse im Buch S. 171 und vergleiche deine Lösungen mit den Musterlösungen hinten im Buch.

  • Nr. 1
  • Nr. 2
  • Nr. 3
  • Nr. 4
  • Nr. 5
Info:Farbcode von Widerständen (zu Nr. 5)
Resistance-5722984 1920 (1).jpg
In der Elektrotechnik ist mit "Widerstand" meist das Bauteil, das in einen Stromkreis eingebaut wird, gemeint, nicht die Eigenschaft des Leiters. Die farbigen Ringe geben an, wie viel Ohm der Widerstand beträgt.
Eine Liste zu den Farbcodes findest du auf der Seite leifiphysik.

4.1 Widerstände in der Reihenschaltung

Hefteintrag: Widerstand in der Reihenschaltung
Schreibe das nachfolgenden Experiment in dein Heft. Notiere den Versuchsaufbau, zeichne den Schaltplan ab und schreibe deine Beobachtung 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 Widerständen in Reihe auf.

  • Stelle die Widerstände R1 = 15Ω und R2 = 5Ω ein.
  • Miss jeweils die Spannungen U0  , U1 und U2 sowie die Stromstärken I0  , I1 und I2 (Batterie und Widerstände).
  • Welche Gesetzmäßigkeiten zur Stromstärke und Spannung fallen dir in den Schaltungen auf? Wie groß ist der Gesamtwiderstand Rges = ?


Widerstand Reihenschaltung Stromkreis.png

Beobachtung:

Spannung (U) U0 = ___V U1 = ___V U2 = ___V
Stromstärke (I) I0 = ___A I1 = ___A I2 = ___A


Ergebnis: ...

Simulation: phet.colorado - Viruelles Gleichstromlabor

Die Reihenschaltung müsste so aussehen:
Widerstand Reihenschaltung phet Bild.png

Wenn du auf den Widerstand klickst, kannst du die Größe des Widerstandes mit einem Schieberegler einstellen (achte auf die Farbringe, sie ändern sich passend).

Ergebnis:
Spannung (U) U0 = 9 V U1 = 6,75 V U2 = 2,25 V
Stromstärke (I) I0 = 0,45 A I1 = 0,45 A I2 = 0,45 A
Es gilt Rges = = R1 + R2
In der Reihenschaltung addieren sich die Widerstände zu einem Gesamtwiderstand:

Rges = R1 + R2


4.2 Widerstände in der Parallelschaltung

Hefteintrag: Widerstand in der Parallelschaltung
Schreibe das nachfolgenden Experiment in dein Heft. Notiere den Versuchsaufbau, zeichne den Schaltplan ab und schreibe deine Beobachtung 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 Widerständen auf.

  • Stelle die Widerstände R1 = 15Ω und R2 = 5Ω ein.
  • Miss jeweils die Spannungen U0  , U1 und U2 sowie die Stromstärken I0  , I1 und I2 (Batterie und Widerstände).
  • Welche Gesetzmäßigkeiten zur Stromstärke und Spannung fallen dir in den Schaltungen auf? Wie groß ist der Gesamtwiderstand Rges = ?


Widerstand Parallelschaltung Schaltplan.png

Beobachtung:

Spannung (U) U0 = ___V U1 = ___V U2 = ___V
Stromstärke (I) I0 = ___A I1 = ___A I2 = ___A


Ergebnis: Für den Gesamtwiderstand gilt: = = ...

Simulation: phet.colorado - Viruelles Gleichstromlabor

Die Parallelschaltung müsste so aussehen:
Widerstand Parallelschaltung phet Bild.png

Wenn du auf den Widerstand klickst, kannst du die Größe des Widerstandes mit einem Schieberegler einstellen (achte auf die Farbringe, sie ändern sich passend).

Ergebnis:
Spannung (U) U0 = 9 V U1 = 9 V U2 = 9 V
Stromstärke (I) I0 =2,4 A I1 = 0,6 A I2 = 1,8 A
Es gilt Rges = = R1 + R2

= = +
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Quiz
Bearbeite auf der Seite LEIFIphysik das Quiz zum Thema Widerstand.



5) Elektrische Energie und Leistung in Stromkreisen
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