Elektrizität - Spannung, Stromstärke und Widerstand in Stromkreisen messen und berechnen - M - Kompetenzraster Physik 7

Grundlagen der Elektrizität

Elektrizität: Spannung, Stromstärke und Widerstand in Stromkreisen messen und berechnen

In diesem aiMOOC dreht sich alles um die Grundlagen der Elektrizität, insbesondere um die Konzepte Spannung, Stromstärke und Widerstand in Stromkreisen. Du wirst nicht nur lernen, was diese Begriffe bedeuten, sondern auch, wie man sie misst und in Zusammenhang bringt. Dieses Wissen ist nicht nur für Physikbegeisterte interessant, sondern auch essentiell für alle, die sich mit Elektronik und Elektrotechnik beschäftigen möchten.

Grundlagen

Bevor wir in die Messung und Berechnung dieser elektrischen Größen einsteigen, ist es wichtig, ein solides Verständnis ihrer Definitionen zu haben.

Spannung

Die elektrische Spannung (gemessen in Volt, V) ist die treibende Kraft, die Elektronen durch einen Leiter bewegt. Man kann sie sich als den "Druck" vorstellen, der Elektronen durch einen Stromkreis drückt.

Stromstärke

Die Stromstärke (gemessen in Ampere, A) gibt an, wie viele Elektronen pro Sekunde durch einen bestimmten Punkt im Stromkreis fließen.

Widerstand

Der elektrische Widerstand (gemessen in Ohm, Ω) ist ein Maß dafür, wie stark ein Material dem Fluss der Elektronen entgegenwirkt.

Messung elektrischer Größen

Um diese Größen in einem Stromkreis zu messen, benötigt man spezielle Instrumente: ein Voltmeter für die Spannung, ein Amperemeter für die Stromstärke und ein Ohmmeter für den Widerstand.

Messung der Spannung

Ein Voltmeter wird parallel zu dem Bauteil geschaltet, an dem die Spannung gemessen werden soll.

Messung der Stromstärke

Ein Amperemeter wird in Serie zu dem Bauteil geschaltet, durch das der Strom fließt, den man messen möchte.

Messung des Widerstands

Ein Ohmmeter wird verwendet, um den Widerstand eines Bauteils zu messen, indem es an beide Enden des Bauteils angeschlossen wird.

Berechnung elektrischer Größen

Zur Berechnung dieser Größen verwendet man das Ohmsche Gesetz, welches besagt:

V=I⋅R, wobei

V die Spannung ist,

I die Stromstärke und

R der Widerstand.

Anwendungen des Ohmschen Gesetzes

Das Ohmsche Gesetz ermöglicht es uns, bei bekannter Spannung und bekanntem Widerstand die Stromstärke zu berechnen, und umgekehrt.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was ist die Einheit der elektrischen Spannung? (Volt) (!Ampere) (!Ohm) (!Watt)

Wofür steht das Symbol V in der Formel des Ohmschen Gesetzes? (Spannung) (!Stromstärke) (!Widerstand) (!Leistung)

In welcher Einheit wird der elektrische Widerstand gemessen? (Ohm) (!Volt) (!Ampere) (!Coulomb)

Wie wird ein Amperemeter in einen Stromkreis geschaltet? (In Serie) (!Parallel) (!Gar nicht) (!Wechselweise)

Was misst man mit einem Ohmmeter? (Widerstand) (!Spannung) (!Stromstärke) (!Leitfähigkeit)

Welches Gesetz verbindet Spannung, Stromstärke und Widerstand miteinander? (Ohmsches Gesetz) (!Newtonsches Gesetz) (!Hooke'sches Gesetz) (!Faradaysches Gesetz)

Wie verändert sich die Stromstärke, wenn der Widerstand bei konstanter Spannung erhöht wird? (Sie verringert sich) (!Sie erhöht sich) (!Sie bleibt gleich) (!Sie verdoppelt sich)

Was beschreibt die Stromstärke in einem Stromkreis? (Die Menge der Elektronen, die pro Sekunde fließen) (!Die Kraft, mit der Elektronen fließen) (!Die Richtung, in der Elektronen fließen) (!Die Geschwindigkeit der Elektronen)

Ein Voltmeter wird ___ zu dem Bauteil geschaltet, dessen Spannung gemessen werden soll. (Parallel) (!In Serie) (!Nicht angeschlossen) (!Über einen Widerstand)

Welche Größe wird direkt durch das Ohmsche Gesetz nicht bestimmt? (Leistung) (!Spannung) (!Stromstärke) (!Widerstand)

Memory

Voltmeter	Parallel geschaltet
Amperemeter	Serie geschaltet
Ohmmeter	Widerstand messen
Ohmsches Gesetz	\(V = I \cdot R\)
Stromstärke	In Ampere gemessen

Kreuzworträtsel

volt	Was ist die Einheit der elektrischen Spannung?
ampere	In welcher Einheit wird die Stromstärke gemessen?
ohm	Einheit des elektrischen Widerstands?
serie	Wie wird ein Amperemeter in einen Stromkreis geschaltet?
parallel	Wie wird ein Voltmeter in einen Stromkreis geschaltet?
widerstand	Was misst man mit einem Ohmmeter?
stromstaerke	Was beschreibt die Menge der Elektronen, die pro Sekunde fließen?
ohmschesgesetz	Welches Gesetz verbindet Spannung, Stromstärke und Widerstand?

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Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Erstelle ein einfaches Diagramm, das zeigt, wie ein Voltmeter und ein Amperemeter in einem Stromkreis geschaltet werden.
Untersuche zu Hause, welche Geräte die höchste Stromstärke aufweisen. Notiere deine Ergebnisse.
Baue einen einfachen Stromkreis mit einer Batterie, einem Schalter, einem Widerstand und einer Glühbirne. Messen Sie die Spannung über die Glühbirne.

Standard

Berechne die Stromstärke in einem Stromkreis, wenn die Spannung 12V und der Widerstand 4Ω beträgt.
Experimentiere mit verschiedenen Widerständen in einem Stromkreis und dokumentiere, wie sich die Stromstärke ändert.
Erkläre, warum es wichtig ist, ein Amperemeter in Serie und ein Voltmeter parallel zu schalten.

Schwer

Entwickle ein Experiment, um das Ohmsche Gesetz zu demonstrieren. Beschreibe dein Vorgehen und deine Ergebnisse.
Untersuche, wie sich die Stromstärke in einem parallelen und einem seriellen Stromkreis unterscheidet.
Entwerfe und baue einen Stromkreis, der zeigt, wie sich die Gesamtspannung in einem Parallelschaltkreis auf die einzelnen Komponenten verteilt.

Lernkontrolle

Warum ist es wichtig, das Voltmeter parallel und das Amperemeter in Serie zu schalten?
Beschreibe, wie sich die Stromstärke ändert, wenn man den Widerstand in einem Stromkreis erhöht.
Erkläre, wie man das Ohmsche Gesetz anwendet, um unbekannte Werte in einem Stromkreis zu berechnen.
Entwickle ein Konzept für ein sicheres Experiment, um den Einfluss unterschiedlicher Spannungen auf die Stromstärke zu untersuchen.
Erkläre den Unterschied zwischen Stromstärke und Spannung anhand eines Alltagsbeispiels.

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