Was ist elektrische Spannung?
Elektrische Spannung ist eine wichtige Größe in der Elektrodynamik und wird in Volt gemessen. Ähnlich wie bei einer Wasserpumpe in einer hydraulischen Anlage zeigt die Spannung die Stärke eines elektrischen Stroms an. Erfahre mehr über ihre Bedeutung in Stromkreisen und wie sie sich auf elektrische Geräte auswirkt. Interessiert? Dann lies weiter!

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Wirkungen des elektrischen Stroms

Gefahren des elektrischen Stroms

Elektrische Leiter und Nichtleiter

Größen und Begriffe der Elektrizitätslehre

Was ist elektrischer Strom?

Was ist elektrische Spannung?

Ohmsches Gesetz und elektrischer Widerstand

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Spannung und Stromstärke messen

Elektrische Arbeit und Leistung – Überblick

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Thomas Edison

Edison und das Licht – es war einmal Forscher und Erfinder (Folge 18)

Ohm'sches Gesetz
Was ist elektrische Spannung? Übung
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Benenne die treibende Kraft für die Bewegung von Elektronen in einem elektrischen Leiter.
TippsLadungstrennung führt zu einem positiv geladenen und einem negativ geladenen Bereich im elektrischen Leiter.
Reibt man einen Ballon an den Haaren, so richten sich die Haare auf.
Positive und negative Ladungen streben danach, die Ladungstrennung schnell wieder auszugleichen.
LösungIm elektrischen Strom spielt eine antreibende Kraft eine entscheidende Rolle: die elektrostatische Anziehung und Abstoßung. Diese bewirkt, dass Ladungen gleicher Polarität sich abstoßen, während Ladungen unterschiedlicher Polarität sich anziehen. Daher werden die negativ geladenen Elektronen vom Minuspol weg und zum Pluspol hin bewegt.
- Gravitationskraft
Die Gravitationskraft kann nicht die richtige Lösung sein, weil sie im Kontext elektrischer Ströme vernachlässigbar schwach ist.- elektrostatische Anziehung und Abstoßung
Denn diese Kräfte bewirken, dass geladene Teilchen wie Elektronen sich aufgrund von Ladungsunterschieden anziehen (ungleiche Ladungen) oder abstoßen (gleiche Ladungen), was den Fluss von Elektronen ermöglicht.- Magnetfelder
Das ist nicht die richtige Lösung, da Magnetfelder zwar die Richtung der Elektronenbewegung beeinflussen können, aber nicht die Haupttriebkraft für den Fluss von Elektronen.- Temperaturunterschiede
Temperaturänderungen sind nämlich keine treibende Kraft für die Bewegung von Elektronen in einem elektrischen Stromkreis. -
Beschreibe den Vorgang in einem Stromkreis.
TippsIdentifiziere den Beginn des Vorgangs.
Wozu führt die Ladungstrennung in einer Batterie?
Die Elektronen haben keine andere Möglichkeit, als durch den Draht zu fließen, um die positive Ladung auf der anderen Seite wieder auszugleichen.
LösungEin Stromkreis ist ein geschlossener Pfad, in dem elektrischer Strom fließt.
Eine elektrische Quelle, zum Beispiel eine Batterie, treibt den Strom an.
Elektronen bewegen sich durch den Leiter von der positiven zur negativen Seite der Energiequelle und erzeugen so den Strom, der elektrische Geräte betreibt.
Die Elektronen kehren zurück zur Energiequelle, um den Kreislauf zu schließen.Demnach ist das die richtige Reihenfolge:
1.$~$Ein Stromkreis beginnt mit einer elektrischen Quelle.
2.$~$Die elektrische Quelle setzt die Elektronen in einem Leiter in Bewegung.
3.$~$Die bewegten Elektronen bilden den elektrischen Strom, der entlang des Leiters fließt und dazu führt, dass an dem im Stromkreis befindlichen Gerät die Spannung abgelesen werden kann.
4.$~$Der Stromkreis bleibt so lange aktiv, wie die Spannungsquelle angeschlossen ist und einen geschlossenen Pfad für den Stromfluss bildet.
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Formuliere eine Definition der elektrischen Spannung.
TippsDenke an das Wasser, welches das Tal herunterfließt.
Die Einheit ist nach dem Begründer der Elektrizitätslehre benannt.
Je größer die Spannung, desto größer ist auch die Stromstärke im Stromkreis.
LösungDie elektrische Spannung oder auch elektrisches Potential ist eine physikalische Größe, die die Differenz von zwei Polen in einem elektrischen Stromkreis beschreibt. Die elektrische Spannung wird in der Einheit Volt gemessen und ist die Fähigkeit, elektrische Ladungen zu bewegen. Eine höhere Spannung bedeutet eine größere Kraft, die auf elektrische Ladungen wirkt, was wiederum den elektrischen Stromfluss zwischen den Polen erhöht.
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Zeige die Parallelen zwischen dem Stromkreis und dem Wasserkreislauf auf.
TippsDie Quelle in beiden Systemen ist für die Energieversorgung verantwortlich und sorgt dafür, dass der Strom angetrieben wird.
Denke in den beiden Kreisläufen über die Fortbewegung nach.
Im Wasserkreislauf wird die Energie der Wasserströmung in mechanische Arbeit umgewandelt – ähnlich wie die Last im elektrischen Stromkreis, die elektrische Energie in andere Formen umwandeln kann.
Was machst du, wenn deine Batterie, also deine Spannungsquelle, leer ist? Ähnlich ist der Vorgang bei dem Wasserkreislauf.
LösungDie Lampe im Stromkreis kann man sich als Energiewandler wie ein Wasserrad in einem Wasserrohr vorstellen, das durch den Wasserstrom angetrieben wird. In diesem Vergleich entspricht die elektrische Quelle einer Pumpe, die immer dafür sorgt, dass das Wasser von unten wieder nach oben gepumpt wird. So wird der Höhenunterschied und damit der Wasserstrom aufrechterhalten. Wird viel Wasser auf eine große Höhe gepumpt, wird der Wasserstrom umso stärker sein. Im Stromkreis ist es die Potentialdifferenz, die durch die elektrische Quelle aufrechterhalten wird. Die Ladungen werden dabei genauso wenig verbraucht wie das Wasser im Rohr. Allerdings lässt die Fähigkeit einer Batterie, eine Spannung aufrechtzuerhalten, mit der Zeit nach.
- Potentialdifferenz – Höhenunterschied
- Leitung – Wasserrohr
- elektrischer Strom – Wasserströmung
- Energiewandler – Wasserrad
- elektrische Quelle – Pumpe
-
Bestimme die elektrische Spannung der verschiedenen Batterien.
TippsWelche Batterietypen kennst du bereits aus dem Alltag?
Bestimmte Geräte benötigen Batterien mit der richtigen elektrischen Spannung.
Um viele Komponenten zu betreiben, braucht es eine besonders hohe Spannung. Zum Beispiel benötigt ein Auto eine $12$-$\text{V}$-Batterie.
LösungVerschiedene Batterietypen haben eine unterschiedlich große elektrische Spannung, die in der Einheit $\text{Volt}$ angegeben wird.
Die Größe der elektrischen Spannung hängt von der chemischen Zusammensetzung ab.
Jeder Batterietyp hat einen bestimmten Anwendungsbereich.
Es ist wichtig, die elektrische Spannung der Batterien richtig einzuordnen, da bestimmte Geräte bestimmte Batterietypen brauchen. -
Erkläre, warum Vögel problemlos auf Hochspannungsleitungen sitzen können.
TippsEs gibt keine starken Spannungsunterschiede entlang der Leitung.
Der Vogel hat keine Verbindung, wo der Strom abfließen kann.
Vögel sitzen sicher auf Spannungsleitungen, weil sie keinen geschlossenen Stromkreis bilden.
LösungHochspannungsleitungen haben normalerweise sehr hohe Spannungen, oft Tausende von Volt. Trotz der hohen Spannung fließt kein Strom durch den Vogel, der auf einer solchen Leitung sitzt. Das liegt daran, dass der Vogel keine elektrische Verbindung zwischen den Leitungen herstellt.
Die Spannung auf der Oberleitung erzeugt ein elektrisches Feld um die Leitung herum. Aber solange der Vogel nur auf der Leitung sitzt und keinen Kontakt zu einem anderen leitenden Material herstellt (zum Beispiel zu Erde oder einem anderen Draht), wird kein Stromfluss durch den Vogel verursacht.Lösungstext:
Vögel können problemlos auf einer Spannungsleitung sitzen, weil die elektrische Spannung entlang der Leitung gleichmäßig verteilt ist. Das bedeutet, dass es keinen Unterschied in der Spannung gibt, den der Vogel überwinden müsste, indem er die Leitung berührt.
Solange der Vogel keine andere Verbindung zu einem anderen leitfähigen Material herstellt, wird kein Stromfluss durch ihn verursacht.
Dies ermöglicht es Vögeln, sicher auf Spannungsleitungen zu sitzen, ohne von der elektrischen Spannung auf der Leitung beeinflusst zu werden.
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