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Der einfache Gleichstromkreis
Lernziele
Sie kennen die Elemente, die zu einem einfachen Stromkreis gehören, und wissen vorauf Sie achten müssen, dass ein Lämpchen leuchtet
Sie wissen, wie die elektrische Stromstärke definiert ist, und kennen die technische Stromrichtung
Zudem ist Ihnen klar, weshalb das Wort «Stromverbrauch» unsinnig ist, und Sie kennen die korrekte Formulierung
Der einfache Stromkreis
Versuchen Sie mit der PhET-App mit den nebenan abgebildeten Elementen einen Stromkreis zu bilden, dass die Lampe leuchtet, wenn der Schalter betätigt wird.
Frage
Wie mussten Sie die Elemente zusammenfügen?
Elektrische Leiter
Nun können Sie testen, welche Stoffe den elektrischen Strom leiten und welche nicht. Entfernen Sie in der PhET-App den Schalter und setzten Sie nacheinander folgende Elemente ein:
Geldschein
Büroklammer, Münze
Radierer
Hand, Hund
Stift
Schreiben Sie in Ihrem Theorieheft folgende Frage unter dem Titel «Eʟᴇᴋᴛʀᴏᴅʏɴᴀᴍɪᴋ» und der Überschrift «Einfacher Stromkreis»:
Welche Stoffe leiten den elektrischen Strom?
Dann zeichnen Sie den experimentellen Aufbau ab (Screenshot von PhET) und halten Sie Ihre Beobachtungen in einer Tabelle fest. Die erste Spalte beschriften Sie mit «elektrische Leiter», die zweite mit «Isolatoren (Nichtleiter oder schlechte Leiter)».
Frage
Wie sehen die Einträge in Ihrer Tabelle aus?
Antwort
In der ersten Spalte (Leiter) stehen:
Kupferdraht, Büroklammer, Münze sowie andere Metalle
Stift (Graphit und Kohle leiten den Strom!)
In der zweiten Spalte (Isolatoren) sind aufzuführen:
Papier (Banknote)
Gummi sowie Plastik
Hand, Hund
Der elektrische Strom
Def.: Bewegte Ladungsträger bezeichnet man als elektrischen Strom.
Für die Stromrichtung wird nicht die real beobachtete Fliessrichtung der Elektronen gewählt, sondern die Fliessrichtung (gedachter) positiver Ladungsträger. Der sog. technische Strom (ab und zu als konventioneller Strom bezeichnet) fliesst von Plus nach Minus.
Die Stromstärke I gibt die Ladung an, die pro Zeitspanne an einer bestimmten Stelle durch einen Leiter fliesst:
Bei Gleichstrom fliessen die Ladungsträger (meist Elektronen) immer in die gleiche Richtung. Bei Wechselstrom ändert die Fliessrichtung periodisch. Batterien liefern Gleichstrom, die Steckdose Wechselstrom.
Frage
Wird Strom verbraucht?
Bauen Sie zur Beantwortung dieser Frage nebenstehende Schaltung in der PhET-App unten nach. Die Strommessgeräte werden auch Ampere-Meter genannt.
Welche Werte lesen Sie bei den Messgeräten vor und nach der Glühlampe ab?
Was schliessen Sie daraus?
Antwort
Bei beiden Messgeräten wird eine Stromstärke von 0.90 A abgelesen. Die Stromstärke vor und nach der Glühlampe bleibt gleich. Es wird also kein Strom verbraucht und die Bezeichnung Stromverbrauch ist somit denkbar unglücklich.
Wie bei einem Wasserkraftwerk die Bewegungsenergie des Wasser umgewandelt wird, wird die Energie, die fliessende Ladungen haben, in der Glühlampe umgewandelt. Weder das Wasser noch die einzelnen Ladungsträger erfahren dabei eine Veränderung. Die Energie steckt nicht in den Ladungsträgern sondern in der Potentialdifferenz (Höhenunterschied beim Wasserkraftwerk).
Aufgabe
Halten Sie die wichtigen Punkte zur Stromstärke in Ihrem Theorieheft fest.