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

Aktuelle Version vom 16. März 2021, 10:30 Uhr

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SEITE IM AUFBAU!

1 Elektrische Energie - Energieumwandlung
2 Stromstärke
3 Spannung
4 Widerstand

5 Elektrische Energie und Leistung

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 = $\tfrac{U}{I}$ ; Widerstand = $\tfrac{\text{Spannung}}{\text{Stromstärke}}$
Einheit: 1 Ω (1 Ohm)
Schaltzeichen:

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:

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 =

\tfrac{U}{I}

; 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)

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.

Übung 4 - LEIFIphysik

Bearbeite auf der Seite leifiphysik die Aufgaben und das Quiz.

Vögel auf der Leitung
LEIFIphysik das Quiz zum Thema Widerstand.
Widerstand, Stromstärke und Spannung an einem ohmschen Bauteil Notiere die Rechnungen übersichtlich in deinem Heft.

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 R_ges = $\tfrac{U_0}{I_0}$ ?

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:

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 R_ges = $\tfrac{U_0}{I_0}$ = R₁ + R₂
In der Reihenschaltung addieren sich die Widerstände zu einem Gesamtwiderstand:

R_ges = 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? Was gilt für den Gesamtwiderstand $\tfrac{1}{R_ges}$ = $\tfrac{I_0}{U_0}$ ?

Beobachtung:

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

Ergebnis: Für den Gesamtwiderstand gilt:

\tfrac{1}{R_ges}

=

\tfrac{I_0}{U_0}

= ...

Simulation: phet.colorado - Viruelles Gleichstromlabor

Die Parallelschaltung müsste so aussehen:

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: $\tfrac{1}{R_ges}$ = $\tfrac{I_0}{U_0}$ = $\tfrac{1}{R_1}$ + $\tfrac{1}{R_2}$

Je mehr Widerstände parallel geschaltet werden, desto geringer wird der Gesamtwiderstand.

Das nachfolgende Video fasst dies noch einmal zusammen:

5) Elektrische Energie und Leistung in Stromkreisen

@@ Zeile 1: / Zeile 1: @@
+{{Fortsetzung|vorher=zurück zur Seite der Herta-Lebenstein-Realschule|vorherlink=Herta-Lebenstein-Realschule}}
+<br>
+SEITE IM AUFBAU!
+{{Navigation|
+[[Benutzer:Buss-Haskert|1 Elektrische Energie - Energieumwandlung]]<br>
+[[Benutzer:Buss-Haskert/Elektrische_Stromkreise/Stromstärke|2 Stromstärke]]<br>
+[[Benutzer:Buss-Haskert/Elektrische Stromkreise/Spannung|3 Spannung]]<br>
+[[Benutzer:Buss-Haskert/Elektrische Stromkreise/Widerstand|4 Widerstand]]<br>
+[[Benutzer:Buss-Haskert/Elektrische Stromkreise/Energie|5 Elektrische Energie und Leistung]]}}
 ==4) Widerstand==
 {{Box|Vorbereitender Arbeitsauftrag|Warum erwärmen sich Heizdrähte im Toaster, die Anschlussleitung aber nicht?<br>
@@ Zeile 11: / Zeile 20: @@
 Bleibt die Spannung gleich, hat der Stromkreis, der einen kleineren Stromfluss zulässt, den größeren Widerstand.<br>
 Ist die Stromstärke gleich, hat der Stromkreis, bei dem eine größere Spannung erforderlich ist, den größeren Widerstand.<br>
-Wie groß der Widerstand ist hängt vom verwendeten Material, dessen Aufbau und der Temperatur ab.
+Wie groß der Widerstand ist hängt vom verwendeten Material, dessen Aufbau und der Temperatur ab.<br>
+{{Box|Wie hängen die Größen Spannung, Stromstärke und Widerstand zusammen?|Nutze die Simulation auf der Seite [https://phet.colorado.edu/sims/html/ohms-law/latest/ohms-law_de.html '''phet.colorado.edu'''], um den Zusammenhang der drei Größen Spannung, Stromstärke und Widerstand zu erarbeiten.<br>
+Notiere deine Beobachtung in den Heft.|Arbeitsmethode}}
+{{Box|Wovon hängt der Widerstand ab?|Nutze die Simulation auf der Seite [https://phet.colorado.edu/sims/html/resistance-in-a-wire/latest/resistance-in-a-wire_de.html '''phet.colorado.edu'''], um herauszufinden, welchen Einfluss die Kabellänge und die Querschnittsfläche eines Leiters auf den elektrischen Widerstand haben.<br>
+Notiere deine Beobachtung in den Heft.|Arbeitsmethode}}
+{{Box|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.|Üben}}
 {{Box|1=Der elektrische Widerstand|2=Der elektrische Widerstand ist die Eigenschaft elektrischer Leiter, Elektronen in ihrer Bewegung zu hemmen.<br>
 Formelzeichen: R (engl. resistance)<br>
-Formel: R = <math>\tfrac{U}{I}</math>; Widerstand = <math>\tfrac{Spannung}{Stromstärke}</math><br>
+Formel: R = <math>\tfrac{U}{I}</math>; Widerstand = <math>\tfrac{\text{Spannung}}{\text{Stromstärke}}</math><br>
-Einheit: 1 Ω (1 Ohm) <br>|3=Arbeitsmethode}}
+Einheit: 1 Ω (1 Ohm) <br>
+Schaltzeichen: [[Datei:Schaltzeichen Widerstand.png|rahmenlos|100px]]
+Der Widerstand 1 Ω gibt an, bei welcher Spannung die Stromstärke genau 1 A betragen würde.|3=Arbeitsmethode}}
+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:<br>
+[[Datei:Widerstand Formeldreieck.png|rahmenlos|279x279px]]<br>
+Stellst du die Formel nach U um, ergibt sich U = R · I (Merke:"URI")<br>
+{{Box|Übung 2|Löse die Aufgaben aus dem Buch S. 170
+* Beispielrechnung abschreiben
+* A1
+* A2
+* A3|Üben}}
+{{Lösung versteckt|Vergleich deine Lösungen:<br>
+Ω; 4Ω; 50Ω; 22,2Ω; 105,3Ω; 528,7Ω; 1000V; 1mA|Vergleiche deine Lösungen zu den Aufgaben}}
+{{Lösung versteckt|1=Formel: R = <math>\tfrac{U}{I}</math>; Setze die Werte ein.|2=Tipp zu A1|3=Verbergen}}
+{{Lösung versteckt|1=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)<br>
+b) Auch hier musst du die Stromstärke 435mA in A umwandeln.<br>
+Der Widerstand im glühenden Draht ist ca. ...mal so groß, wie im kalten Zustand.|2=Tipps zu A2|3=Verbergen}}
+{{Lösung versteckt|a) Stelle die Formel nach U um und setze ein.<br>
+b) Stelle die Formel nach I um und setze ein.|Tipps zu A3|Verbergen}}
+<br>
+{{Box|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|Üben}}
+<br>
+{{Box|Info:Farbcode von Widerständen (zu Nr. 5)|[[Datei:Resistance-5722984 1920 (1).jpg|rechts|rahmenlos|200px]]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.<br>
+Eine Liste zu den Farbcodes findest du auf der Seite [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/widerstand-spez-widerstand/ausblick/farbcodes-von-widerstaenden '''leifiphysik'''].|Kurzinfo}}
+<br>
+{{Box|Übung 4 - LEIFIphysik|Bearbeite auf der Seite leifiphysik die Aufgaben und das Quiz.
+* [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/widerstand-spez-widerstand/aufgabe/voegel-auf-der-leitung '''Vögel auf der Leitung''']
+* [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/widerstand-spez-widerstand/aufgabe/quiz-zum-ohmschen-gesetz '''LEIFIphysik das Quiz'''] zum Thema Widerstand.
+* [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/widerstand-spez-widerstand/aufgabe/widerstand-stromstaerke-und-spannung-einem-ohmschen-bauteil '''Widerstand, Stromstärke und Spannung an einem ohmschen Bauteil'''] Notiere die Rechnungen übersichtlich in deinem Heft.|Üben}}
+<br>
+===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|1=Experiment/Simulation: Reihenschaltung|2=Baue einen Stromkreis mit '''zwei Widerständen in Reihe''' 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 Reihenschaltung Stromkreis.png|rahmenlos]]
+'''Beobachtung:''' <br>
+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>
+<br>
+'''Ergebnis:''' ...|3=Arbeitsmethode}}
+Simulation: [https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc/latest/circuit-construction-kit-dc_de.html '''phet.colorado - Viruelles Gleichstromlabor''']
+{{Lösung versteckt|Die Reihenschaltung müsste so aussehen:<br>
+[[Datei:Widerstand Reihenschaltung 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}}
+{{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? Was gilt für den Gesamtwiderstand <math>\tfrac{1}{R_ges}</math> = <math>\tfrac{I_0}{U_0}</math>?
+[[Datei:Widerstand Parallelschaltung Schaltplan.png|rahmenlos]]
+'''Beobachtung:''' <br>
+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>
+<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/latest/circuit-construction-kit-dc_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}}
+{{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: <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><br>'''
+'''Je mehr Widerstände parallel geschaltet werden, desto geringer wird der Gesamtwiderstand.'''
+|2=Vergleiche deine Lösung|3=Verbergen}}
+<br>
+Das nachfolgende Video fasst dies noch einmal zusammen:<br>
+{{#ev:youtube|T1GajCEv0eM|800|center}}
@@ Zeile 24: / Zeile 149: @@
 {{Fortsetzung|weiter=5) Elektrische Energie und Leistung in Stromkreisen|weiterlink=Benutzer:Buss-Haskert/Elektrische Stromkreise/Energie}}
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