Version vom 4. März 2015, 10:48 Uhr

Wir untersuchen: Was ist Strom?

Wir haben mit zwei verschiedenen Experimenten untersucht, wie man Strom erkennen kann und was Strom für uns ist. 1. Luftballonexperiment Wir reiben zwei Luftballons mit einem Tuch ein und binden beide an eine Schnur (die beide Luftballons verbindet). Wir haben versucht die Luftballons gegeneinander zu schwingen, doch die beiden Luftballons stoßen sich ab, dass heisst, das die Luftballons die gleiche Ladung haben. Berührt man mit dem geladenen Luftballon eine neutrale Fläche fließen bei einer negativen Ladung die Elektronen vom Ballon auf die neutrale Fläche. Bei einer positiven Ladung zieht der Ballon aus der Fläche so viele Elektronen wie er benötigt um wieder neutral zu werden. Nun werden sich die Ballons nicht mehr abstoßen.

2. Elektroskop Wir reiben ein Lineal an einem Tuch um es statisch aufzuladen. Danach halten wir es einige Millimeter über das Elektroskop(1)*. Der Zeiger im Elektroskop bewegt sich, wenn man dann eine Hand auf das oben angebrachte Metallplättchen legt, steht es wieder still. Dies passiert, da nun ein Kontakt zur Erde besteht und sich das Elektroskop entladen kann. Das Stäbchen kehrt in seine Ausgangsposition zurück.

Welche Wirkungen hat Strom? Auf den menschlichen Körper kann Strom viele unterschiedliche Wirkungen haben. Einerseits ist Strom extrem gefährlich für uns. Schon kleine Ströme von "nur" 20-30 Volt können sehr gefährlich sein, doch Strom kann auch Leben retten. Durch Stromstösse können Herzrythmusstörungen beendet werden. Jedoch hat Strom noch weitere andere Wirkungen. 1. Die Wärmewirkung Wenn man eine Lampe mit Strom durch fliessen lässt, merkt man nach kurzer Zeit deutliche Wärme an der Glühbirne.

2. Die Leuchtwirkung Wird eine Lampe mit Strom versorgt, fängt sie an zu leuchten.

3. Die magnetische Wirkung Kurzes Experiment: Hält man einen Magneten an eine eingeschaltetete Glühbirne, schwingt der Glühwedel hin und her. Bei der ausgeschaltenen Glühbirne ist dies nicht der Fall, daraus schliessen wir, dass der Strom eine magnetische Wirkung haben muss.

Für uns ist elektrischer Strom, Ladungen die durch Kabel fließen.

(1) Elektroskop : Zum Nachweis der Menge an elektrischer Ladung dient ein Elektroskop.In einem offenen Gehäuse befindet sich eine vertikale Metallstange, an der ein beweglicher Zeiger befestigt ist. Dieser ist unten etwas schwerer, so dass er senkrecht stehen bleibt.Bringt man die obere Platte mit einem negativ geladenen Körper in Verbindung (z.B. Ein Lineal), so verteilen sich die abfließenden Elektronen sowohl auf dem Stab, als auch auf den Zeiger.Der Zeiger bewegt sich.

Elektrische Größen

In diesem Wikiartikel beschäftigte sich die Gruppe vor uns mit der Frage 'Was ist Strom?' und wir beschäftigen uns nun mit den Fragen 'Was sind elektrische Größen?' und 'Wie kann man zur Veranschaulichung einen elektrischen Stromkreis mit einen Wasserkreislauf vergleichen?

'

Vereinfacht kann man sagen, dass physikalische Größen in verschiedenen Einheiten gemessen werden und sie verschiedene Formelzeichen haben.

'Die elektrische Spannung (U) wird in (V) gemessen und gibt an wie viel Energie eine Ladung hat (U V=J:C).

'Die elektrische Leistung (P) wird in (W) gemessen und gibt Energie pro Zeit an (P W=J:S)

Die elektrische Stromstärke (I) wird in (A) gemessen und beschreibt die Ladung (I A=C:S)

Der Widerstand beschreibt die Leitfähigkeit (R Ohm=V:A)

Aus den folgenden Experimenten des Wikiartikels haben wir uns diese Werte erarbeitet.

Die Einheiten haben verschiedene Bedeutungen:

V=Volt

W=Watt

A=Ampere

J=Energie

S=Sekunde

C=Coulomb

Aus all diesen Werten kann man sich die oberen Werte erschliessen.

Wie kann man einen elektrischen Stromkreis mit einem Wasserkreislauf vergleichen?

Einen Stromkreislauf kann man zur Veranschaulichung mit einem Wasserkreislauf vergleichen.

Es ist zu erkennen, wie man die Fließgeschwindigkeit beeinflussen kann in dem man die Strecke verändert. Wenn man ein z.B. ein Wasserrohr an einer Stelle schmaler macht, dann fließt das Wasser langsamer und staut sich. Je breiter man ein Wasserrohr an einer Stelle macht, desto mehr Wasser kann vorbei fließen und die Fließgeschwindigkeit steigt.

Man kann die Spannung auf ein Wasserteilchen betrachten in dem man schaut wie viel Ladung es hat.

Ebenfalls die Leistung kann man auf einen Wasserkreislauf übertragen,indem man schaut wie viel Energie pro Zeit ,also Wasser pro Zeit an einer bestimmten Stelle vorbeifliesst.

Das kann man mit einem Wasserkreislauf beschreiben, denn wenn an einer Wasserquelle mehr Wasser fliest ist auch der Druck jedes einzelnen Wasserteilchen höher aber es kommt eben auch darauf an wie stark das Wasser von der Quelle hinausfliest.

Dieses Phänomen kann man mit Hinsicht auf Kabel auf einen Stromkreis übertragen.

Der Wiederstand ist vom Rohr ,Material,dicke abhänig und dies kann man ebenfalls auf Wasser übertragen.

Wenn das Rohr an einer Stelle z.B. Dicker ist kann auch mehr Wasser durchfließen, aber es hängt auch von dem Material ab denn wenn das Material glatter beziehungsweise rau ist fließt das Wasser dann eben schneller oder langsamer diese Methode kann man auch auf den Strom beziehen.

Die nächste Gruppe wird sich auf Dräthe und deren Leitfähigkeit beziehen.

Strom und dessen Leitfähigkeit

Wir haben uns mit dem Thema Strom und Leitfähigkeit beschäftigt es gibt 2 verschiedene Schaltungen die Reihen und die Paralellschaltung

Bei einer Reihenschaltung mit 3 unterschiedlichen Lampen,ist die Leistung geringer als 2 unterschiedliche Lampen in der Schaltung. Bei einer Parallelschaltung mit unterschiedlichen Lampen,ist die Leistung bei 2 Lampen geringer als die Leistung bei 3 Lampen.

Reihenschaltung: Die elektrische Stromstärke und die elektrische Spannung bleiben bei den einzelnen Lampen gleich. Wenn man an alle Lampen die Stromstärke addiert, kommt die Stromstärke der Quelle heraus

Paralellschaltung: Hier bleibt die Stromstärke pro Lampe gleich. Die Elektrische Spannung bleibt gleich. Die elektrische Leistung bleibt gleich. Je mehr Lampen sich im Stromkreis befinden, desto höher wird der Amper Wert. Nun da ihr die beiden Schaltungen kennt werden wir euch hier ein Experiment zeigen. Wir haben eine Reihen und Parallelschaltung mit 2 Lampen aufgebaut.Dabei kam heraus,dass 2 Lampen weniger elektrische Leistung haben als 3 Lampen in den Schaltungen.

Experiment zum Energietransport: Im Experiment zum Energietransport haben wir ein Steckfeld mit überträgern und Lampen gefüllt. Dazu haben wir zwischen die Lampen ein Multimeter geschaltet daraufhin haben wir gemessen wie viel Strom herein kommt und wieder hinaus fließt . Darüber hinaus geben wir an wie viel Strom noch aus der Quelle kommt. Dies haben wir mit der Parallel und der Reihenschaltung ausprobiert. Wir sind zu diesen Ergebnissen gelangt : Reihenschaltung A V W 1 Lampe 0,17 5 0,85 2 Lampe 0,17 5 0,85 3 Lampe 0,17 5 0,85 4 Lampe 0,17 5 0,85 Quelle 0,72 5 3,29

Reihenschaltung A V W 1 Lampe 0,17 5 0,85 2 Lampe 0,17 5 0,85 3 Lampe 0,17 5 0,85 4 Lampe 0,17 5 0,85 Quelle 0,72 5 3

Parallelschaltung A V W 1 Lampe 0,21 7,17 1,5 2 Lampe 0,21 7,15 1,5 3 Lampe 0,21 7.15 1,5 4 Lampe 0,21 7,15 1,5 Quelle 0,8 7,15 5,

Parallelschaltung A V W 1 Lampe 0,21 7,17 1,5 2 Lampe 0,21 7,15 1,5 3 Lampe 0,21 7.15 1,5 4 Lampe 0,21 7,15 1,5 Quelle 0,8 7,15 5,8 Um dies nun alles auszurechnen haben wir eine neue Formel gefunden Wir haben die Formel f(x)= m*x Wenn wir jetz für x in unserm Fall 5 einsetzen und für m 0,02 einsetzen bildet sich die Formel F(x)= 0,02*5 Wenn man die Stromstärke mit der Spanung multipliziert,ergibt sich die elektrische Leistung:I x U= P Eine Reihenschaltung braucht mehr elektrische Leistung als eine Parallelschaltung

Ohmsches Gesetz

Durch den vorherigen Versuch, kamen wir zu diesen Überlegungen.

Ein proportionaler Zusammenhang bedeutet, dass wenn sich eine Größe durch einen Faktor verändert, verändert sich auch die andere Größe um denselben Faktor. Das bedeutet also, dass auch ein Zusammenhang zwischen U und I besteht. (Wenn sich dann also I ändert, dann auch U ).

Erster Schritt: Wir haben einen Stromkreis aufgebaut (nur mit einer Lampe). Dann haben wir die Stromstärke (an der Quelle) und die elektrische Leistung (im Stromkreis) gemessen.

I = elektrische Stromstärke

U = elektrische Spannung

Schließlich haben wir versucht einen funktionalen Zusammenhang zwischen Widerstand, elektrischer Stromstärke und Spannung herauszufinden , anhand einer WERTETABELLE und einer ZEICHNUNG VON EINEM GRAPHEN.

Wir haben für die Ergebnisse mehrere Lampen benutzt: ,,Normale Lampe", ,,47er Widerstand", ,,100er Widerstand" Dadurch haben wir verschiedene Ergebnisse herausgefunden. (Siehe Links unten)

Wir kamen zum Entschluss, dass alle Graphen durch den 0-Punkt gehen, deshalb ist es eine Proportionale Funktion.

Allgemeine Formel für die Proportionale Funktion:

steht hier für die Steigung innerhalb der einzelnen Punkte

Das findet man heraus indem man die Formel:

benutzt.

Setzt man nun für = 0.02 ein, entsteht die Formel:

<-gilt für die 47-Lampe

Kehrwert:

Da der Kehrwert 50 beträgt, besteht ein Zusammenhang zwischen dem Widerstand und der gemessenen Größe ( )

SO KANN MAN DEN GRAPH WEITERFÜHREN (man kann weitere Zahlen einsetzen und dies anhand einer Rechnung herausfinden)

Wenn man den Kehrwert anwendet kommt man zur Formel des Ohm-Zeichen.

Die größe hier heißt ,,elektrischer Wiederstand

Formelzeichen = Ω

Ω = Ohm-Zeichen

Zusammenhang zwischen U,I,R:

Dies ist das Ohmsche Gesetz

Das Draht Experiment

Jetzt haben wir versucht eine Gleichmäßigkeit zwischen den physikalischen Größen zu finden und zu gucken ob die Länge eines Drahtes (lang, mittel, kurz) etwas mit den verschiedenen Größen zu tun hat. Wir haben also einen Stromkreis aufgebaut. Dann haben wir in die zwei offenen Stromkreise zwei Tesla Türme eingebaut und nacheinander die verschiedene Drähte zwischen die Tesla Türme gespannt. Beim längsten war die elektrische Stromstärke am höchsten, beim Kürzesten am wenigsten. Das heißt, dass längere Drähte mehr elektrische stromstärke brauchen. Ein weiterer grund ist, dass der Draht viel Dünner ist, als der rest der Kabel im Stromkreis. Der Strom wird also von einem normalen Draht in ein viel dünneren Draht gequetscht und braucht mehr stromstärke um durch die Verengung zukommen.

Aus den zwei Werten haben wir dann (R) also den Wiederstand berechnet

Wir haben für jeden Graphen einen Funktionsterm gefunden:

Lang: f(x)=5x

Mittel: f(x)=2x

Kurz: f(x)=0,4x

U= elektrische Spannung P= elektrische Leistung I=elektrische Stromstärke V=Volt j = Energie

Funktionale Zusammenhänge + physikalische Größen aus einem Experiment ableiten

Wenn zwei Größen funktional zusammenhängend sind, dann verändern sich die Größen immer verhältnismäßig gleich zueinander. Beispiel A: Addiert man zu Größe 1 den Wert 2, addiert sich zur Größe 2 auch der Wert 2. Dies trifft bei linearen Funktionen zu.

Beispiel B: Verdoppelt man Größe 1, verdoppelt sich auch Größe 2. Dies trifft nur bei proportionalen Funktionen zu.

Nicht erkennbar als linearer Graph:

Beispiel für eine lineare Funktion:

Eingezeichnete Punkte einer linearen Funktion:

Beispiel für eine proportionale Funktion:

Eingezeichnete Punkte einer proportionalen Funktion:

Zunächst wurden von uns zwei physikalische Größen gemessen, wobei wir bewusst eine Größe verändert und die andere gemessen haben, die Messwerte haben wir dann in eine Wertetabelle eingetragen. Die Größen haben wir danach in einem Koordiantensystem jeweils auf der x- und y-Achse eingezeichnet und nun werden Punkte im Koordinatensystem markiert, die den gemessen Werten entsprechen. Dann wird ein Graph in Form einer Gerade gezogen. Falls man von einer proportionalen Funktion ausgeht, zieht man ein Gerade vom Nullpunkt aus, welche möglichst viele Messpunkte überschneidet, wobei sich die Steigung errechnen lässt, wenn man Wert x mit dem entsprechenden Wert y dividiert. Geht man jedoch von einer quadratischen Funktion aus, quadriert man die eine Größe und teilt sie durch die andere Größe, aus welcher sich die Steigung ergibt.

Daraufhin wird das Steigungsdreieck errechnet/abgelesen. Das Steigungsdreieck errechnet man, indem man schaut, um wie viel sich das y verändert, wenn sich x um eins erhöht. Die Steigung beschreibt, um wie viel der y-Wert pro x sich verändert.

Hierbei beträgt die Steigung 1, denn wenn x um 1 erhöht wird erhöht sich auch y um genau 1.

Daraus kann man den Funktionsterm y=mx bilden, wobei m für die Steigung des Graphen steht. Die neu entstandene physikalische Größe kann errechnet werden, indem man x durch y teilt.

Klasse 9b