Grundbegriffe der Elektrik-G

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Grundbegriffe der Elektrik

elektrische Ladung, elektrische Spannung,
elektrische Stromstärke & elektrischer Widerstand


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Mit diesem Heft lernst Du die wichtigsten Grundlagen um den elektrischen Strom zu verstehen.


Erstellt von K. Kowalski

Anforderungen
F-Niveau.svg forschendes Niveau (Pflicht)
F-Niveau-Plus.svg forschendes Niveau (Wahl)
G-Niveau.svg grundlegendes Niveau (Pflicht)
G-Niveau-Plus.svg grundlegendes Niveau (Wahl)
E-Niveau.svg erweitertes Niveau (Pflicht)
E-Niveau-Plus.svg erweitertes Niveau (Wahl)
Arbeitsform
Text-x-generic with pencil.svg Arbeitsblatt
Office-book.svg Buch
Input-keyboard.svg Computer
Conical flask blue.svg Experiment
Video-x-generic.svg Film
X-office-presentation.svg Referat
Tools-spanner-hammer.svg Werken
Sozialform
Farm-Fresh user female.png Einzelarbeit
Farm-Fresh tandem.png Partnerarbeit
Farm-Fresh gruppe4.png Gruppenarbeit
Kontrolle
Farm-Fresh user female.png Schüler
Farm-Fresh user suit.png Lehrer
Dialog-apply.svg Aufgabe erledigt
# Name der Aufgabe Niveau Dialog-apply.svg Kontrolle
1 Glossar G-Niveau.svg
2 Die elektrische Ladung G-Niveau.svg Farm-Fresh user suit.png
3 Ladungen verschieben E-Niveau.svg Farm-Fresh user suit.png

Zusätzlich habe ich folgendes gemacht:






























Nuvola Stift.png   Aufgabe 1: Ein Glossar anlegen

Recherchiere die Bedeutung aller wesentlichen Fachbegriffe aus diesem Heft und notiere diese im Glossar!
Einige Fachbegriffe stehen möglicherweise bereits im Glossar.

Begriff Erklärung
die elektrische Ladung














Fachbegriff Jede Wissenschaft hat eine eigene Fachsprache. Sie besteht aus Fachbegriffen und bestimmten Formulierungen. Ein Fachbegriff hat – anders als die meisten Worte aus unserer Alltags-Sprache – eine eindeutige und festgelegte Bedeutung. Wenn man diese Begriffe verwendet, kann man sich leichter ausdrücken und verständlich machen. Außerdem vermeidet man so Missverständnisse.
elektrischer Leiter








Isolator






























































Begriff Erklärung




























































Blitze sind ein beeindruckendes Naturschauspiel. Sie entstehen durch elektrische Aufladung in Gewitterwolken. Aber auch aus unserem Alltag ist Elektrizität nicht wegzudenken. Lampen, Computer, Smartphones, Wasserkocher, Mikrowellenherde und zukünftig auch Autos werden mit elektrischem Strom betrieben. Auch Mikrochips - die wichtigsten Bauteile aller elektronischen Geräte - funktionieren mit elektrischem Strom. Strom bietet uns heute Möglichkeiten und Komfort, von dem Eure Ur-Ur-Urgroßeltern vor 150 Jahren noch nicht zu träumen wagten. Aber Strom birgt auch Gefahren. Der Elektrische Strom ist in der Lage einen Menschen lebensgefährlich zu verletzen. Um so wichtiger ist es, ein grundlegendes Verständnis vom elektrischen Strom zu besitzen.

Sicherlich hast Du auch schon einmal "eine gewischt" bekommen, wenn Du einen Türgriff aus Metall, eine Heizung oder einen Freund berührt hast. Vielleicht hast Du auch schon einmal beobachtet, dass Deine Haare knistern, wenn Du Dir einen Fleece-Pulli über den Kopf streifst.
Beide Fälle sind auf das gleiche Phänomen zurück zu führen. Um dieses Phänomen genauer zu untersuchen, kannst Du einige Versuch selbst durchführen:

Nuvola apps edu science.svg   Versuch 1: Die selbsthaftende Folie

Du benötigst für diesen Versuch ein Stück Klarsichtfolie und eine Kunststoffplatte.
Probiere, ob die Folie an den verschiedenen Oberflächen der Wände im Physik-Raum haften bleibt und notiere Dein Ergebnis in einer Tabelle!
Reibe jetzt mit der Folie etwa einige Sekunden an der Kunststoffplatte! Zieh die Folie vorsichtig von der Platte ab. Probiere, an welchen Oberflächen die Folie jetzt haften bleibt! Notiere Deine Beobachtungen in der gleichen Tabelle!
Der Tabellenkopf könnte so aussehen:

# Oberfläche unbehandelte Folie behandelte Folie
Nuvola apps edu science.svg   Versuch 2: Luftballon

Erstellt für diesen Versuch ein Versuchsprotokoll mit einer eigenen These (Vermutung) über den Ausgang des Experiments, einer kurzen Versuchsbeschreibung mit Skizze (die Versuchsdurchführung ist darin vermutlich schon enthalten), Eurer Beobachtung und Eurer Schlussfolgerung. Du benötigst für diesen Versuch einen Luftballon und jemand Freiwilligen mit etwas längeren Haaren. Reibe mit dem aufgepusteten Luftballon an den Haaren und entferne den Luftballon langsam vom Kopf. Was beobachtest Du dabei? Hast Du eine Erklärung für Deine Beobachtungen? l


Nuvola apps edu science.svg   Versuch 3: seltsame Verhältnisse

Erstelle auch für diesen Versuch ein Versuchsprotokoll. Du benötigst für diesen Versuch zwei Klarsichtfolien und eine Kunststoffplatte.
Reibt nun zwei Folien nacheinander an der Kunststoffplatte wie in Versuch 1! Haltet nun beide Folien mit zwei Fingern an einem Ende so zusammen, dass die Seiten der Folien sich anschauen, die vorher gegen die Kunststoffplatte gerieben wurden! Beobachtet die Folien! Untersuche, wie sich die Folien gegenüber der Kunststoffplatte verhalten! Notiere Deine Beobachtungen! Welche Schlussfolgerungen ergeben sich daraus?

So kann man sich ein Atom vorstellen. Nur sehr viel kleiner!

Alle Dinge bestehen aus winzig kleinen Bausteinen, den Atomen. Diese Atome sind aus noch kleineren Teilchen zusammengesetzt, die Kräfte aufeinander ausüben. Sie ziehen sich gegenseitig an oder stoßen sich gegenseitig ab. Die Ursache dafür bezeichnen wir als Farm-Fresh bullet go-16px.pngdie elektrische Ladung eines Teilchens. Wir kennen zwei Arten elektrischer Ladungen; positive elektrische Ladungen (+) und negative elektrische Ladungen (—).
Wenn in einem Körper gleich viele positive und negative Ladungen vorhanden sind (und diese gleichmäßig verteilt sind), dann spüren wir diese Ladungen nicht. Wir sagen dann, der Körper ist elektrisch neutral. Sobald aber eine Art von Ladungen überwiegt, können wir diese feststellen. Diese Ladungsüberschüsse bewirken eine Kraft. Diese Kraft ist verantwortlich für die Effekte in den Versuchen, die Du auf diesem Arbeitsblatt findest.

Nuvola Stift.png   Aufgabe 1: Die elektrische Ladung. Eine Definition.

Recherchiere im Physikbuch nach der elektrischen Ladung. Sammle Dein Wissen über die elektrische Ladung in Deiner Mappe. Wenn Du genug Wissen gesammelt hast und sicher bist, dass Du die elektrische Ladung verstanden hast, formuliere eine knappe Definition in Deinen eigenen Worten und notiere diese im Glossar in diesem Heft!
Verfahre von nun an mit allen gekennzeichneten Farm-Fresh bullet go-16px.pngFachbegriff en (für die keine Erklärung im Glossar angegeben ist) auf diese Weise!

Nuvola Stift.png   Aufgabe 2: Eine Erklärung für die seltsamen Effekte

Erkläre mit Hilfe Deines Wissens über die elektrischen Ladungen, den Versuch 3!

Nuvola Stift.png   Aufgabe 3: Der Fleece-Pulli
  • Wenn Du Dir einen Fleece-Pulli über den Kopf streifst, knistert es ganz schön.
  • Manchmal bekommt man "eine gewischt" wenn man einen Türgriff berührt.

Erkläre, wie beide Phänomene zustande kommen und was sie gemeinsam haben!
Hast Du das Überstreifen eines Flece-Pullis schon einmal im Dunklen beobachtet?


Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stylised_Lithium_Atom.svg
Gut zu wissen: Niemand hat bisher je ein Atom oder ein Elektron gesehen weil sie dafür viel zu klein sind. Wir können sie nur messen. So wie das Atom hier gezeichnet ist können wir es uns aber leicht vorstellen. Im Kern befinden sich die positiv geladenen Protonen und die ungeladenen Neutronen. In der Hülle sind genau so viele der negativ geladenen Elektronen unterwegs wie Protonen im Kern sind. So erscheint das Elektron nach außen elektrisch neutral.
Einigen Atomen kann man Elektronen wegnehmen, andere Atome können noch welche aufnehmen. Weil dann die Anzahl der positiven und negativen Ladungen nicht mehr übereinstimmen, sind diese Atome dann positiv oder negativ geladen.

Du hast vermutlich schon festgestellt, dass Du unterschiedliche Ladungen voneinander trennen kannst. Wenn Du mit einem Luftballon an Deinen Haaren reibst, werden Deine Haare vom Luftballon angezogen.

Der Grund dafür ist, dass durch die Reibung einige der negativen Ladungen aus Deinen Haaren auf dem Luftballon haften bleiben. Der Ballon hat nun zu viele negative Ladungen. Er ist also negativ geladen. Deinen Haaren fehlen diese Ladungen, sie haben nun mehr positive als negative Ladungen. Sie sind daher positiv geladen. Genau genommen sind es also die ungleichmäßig verteilten Ladungen in Deinen Haaren und dem Ballon die sich anziehen.

Wenn Du gut aufgepasst hast, konntest Du so erklären, wieso zwei Folien sich gegenseitig abstoßen, wenn Sie z.B. an einer Kunststoffplatte aufgeladen wurden.
Aber wie lässt sich erklären, dass du Papierschnipsel unter einer Kunststoffplate zum Tanzen bringen kannst, wenn Du mit einem Tuch über die Kunststoffplatte wischt!? Die Papierschnipsel stehen mit der Kunststoffscheibe doch gar nicht in Kontakt!

Das kannst Du mit Hilfe eines Elektroskops verstehen. Das Elektroskop ist ein Gerät zum Nachweis von elektrischen Ladungen. Das Prinzip, mit dem es funktioniert, kennst Du bereits.

Mit einem Elektroskop können elektrische Ladungen nachgewiesen werden.

Ein einfaches Elektroskop

Ladungen die auf ein Elektroskop aufgebracht werden, verteilen sich gleichmäßig auf allen Metallteilen. Wenn sich ein Überschuss positiver oder negativer Ladungen auf dem Elektroskop befindet, dann schlägt der Zeiger aus. Je größer der Ladungsüberschuss ist, desto stärker ist der Ausschlag des Zeigers.

Gnome-dev-floppy.svg   Merke

Gleichnamige Ladungen stoßen sich gegenseitig ab.
Ungleichnamige Ladungen ziehen sich gegenseitig an.


Nuvola apps edu science.svg   Versuch 1: Ladungen auf dem Elektroskop

Reibe eine Kunststofffolie an der Kunststoffplatte und lade beide elektrisch auf. Streife nun die Plattee an der Metallkugel eines Elektroskops ab!
Erkläre Deine Beobachtung!

Streife nun die aufgeladene Folie an der Metallkugel ab! Wiederhole diesen Schritt mehrfach und erkläre Deine Beobachtung!

Nuvola Stift.png   Aufgabe 1: Erkläre wie ein Elektroskop funktioniert

Erläutere in Deiner Mappe, wie ein Elektroskop funktioniert!

Nuvola apps edu science.svg   Versuch 2: Ladung im Elektroskop?

Erstelle ein Versuchsprotokoll zu diesem Versuch! Entladet zunächst das Elektroskop indem ihr die Metallkugel mit der Hand berührt!

Ladet nun die Kunststoffplatte erneut auf und führe die Platte langsam zur Metallkugel, ohne dass die Kunststoffplatte die Kugel berührt! Entfernt die Platte langsam wieder von der Kugel und notiert Eure Beobachtungen!

Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit der Zeiger des Elektroskops ausschlägt? Notiert diese Bedingungen in Eurem Protokoll!

Welche Erklärung ergibt sich daraus für dieses Experiment?

In einigen Stoffen können sich elektrische Ladungen (Elektronen) ganz besonders gut bewegen. Dazu zählen vor allem die Metalle.

Diese Eigenschaft der Metalle nutzt man beim Stromkabel. Wenn man auf ein Ende eines Stromkabels viele elektrische Ladungen aufbringt und diese am anderen Ende des Kabels wieder aufsammelt, fließen die Ladungen durch das Stromkabel, genauso wie Wasser durch eine Wasserleitung fließt. Man sagt, das Stromkabel (oder allgemeiner gesagt Metall) leitet den Strom der elektrischen Ladungen (oder umgangssprachlich den elektrischen Strom). Daher bezeichnen wir Metall als einen elektrischen Leiter.
Stoffe, in denen sich elektrische Ladungen nicht bewegen können bezeichnen wir als elektrische Isolatoren. Der Kunststoffmantel des Stromkabels ist ein Isolator - zum Glück, denn sonnst würde man ja stets einen elektrischen Schlag bekommen, wenn man ein Stromkabel berührt.

Nuvola Stift.png   Aufgabe 2: Definitionen

Recherchiere in Deinem Physik-Buch die Bedeutung der BegriffeFarm-Fresh bullet go-16px.pngelektrischer Leiter und Farm-Fresh bullet go-16px.pngIsolator ! Nenne jeweils Beispiele für elektrische Leiter und elektrische Isolatoren!