Benutzer:Buss-Haskert/Elektrische Stromkreise/Spannung

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3 Spannung

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.


Berg-Modell zur Spannung
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).


Möchtest du noch etwas genauer in dieses Modell schauen? Dann geht es hier weiter:


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)


Die elektrische Spannung
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: Schaltzeichen Spannungsmesser.png
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.
Symbol Digital Multimeter.svg

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.Spannungsmesser eingebaut im Stromkreis.pngSpannungsmesser im Stromkreis 2.png



Messgerät anschließen:
Erklärung:


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:

Spannungsmessung in der Reihenschaltung.png

Beobachtung:

Messung an der Batterie bei Lampe 1 bei Lampe 2
Spannung (U) ... ... ...


Ergebnis: ...

Simulation: phet.colorado - Viruelles Gleichstromlabor

Die Reihenschaltung müsste so aussehen:
Reihenschaltung phet.png

Der Spannungsmesser wird so in Reihe geschaltet: Spannungsmessung in der Reihenschaltung phet1.pngSpannungsmessung in der Reihenschaltung phet2.pngSpannungsmessung in der Reihenschaltung phet3.png

Ergebnis: Die Spannung der Batterie teilt sich in der Reihenschaltung auf die Lampen auf.

  UQuelle = U1 + U2


Erklärung (mit dem Elektronenmodell): Schau dazu das Video unten an.
Experiment:
Erklärung:


Übung 3

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:

Spannungsmessung in der Parallelschaltung.png

Beobachtung:

Messung Netzgerät Lampe 1 Lampe 2
Spannung (U) ... ... ...


Ergebnis: ...

Simulation: phet.colorado - Viruelles Gleichstromlabor

Die Spannungsmessung in der Parallelschaltung müsste so aussehen:

Spannungsmessung in der Parallelschaltung phet 1.pngSpannungsmessung in der Parallelschaltung phet 2.pngSpannungsmessung in der Parallelschaltung phet 3.png

Ergebnis: In der Parallelschaltung ist die Spannung an allen Messpunkte gleich groß:

  UQuelle= U1 = U2 = U3

Erklärung (mit dem Elektronenmodell): Schau dazu das Video unten an.
Experiment:
Erklärung:


Übung 4

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.


Zusammenfassung:


Übung 5: Spannung in Reihen- und Parallelschaltung