Fragenkatalog: Physik 4. Klasse. Thema: Elektromagnetismus. Nr. Frage Antwort

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1 Nr. Frage Antwort E1 E2 Wie lauten die fünf Grundgrößen des Stroms und deren Abkürzungen? In welchen Einheiten werden die fünf Grundgrößen des Stroms angegeben? E3 Was gibt die Spannung an? (2) E4 E5 E6 Wer gibt den Ladungsunterschied zwischen den Polen der Stromquelle an? (+ Einheit) Was gibt die Stromstärke an? Wer gibt die Elektronenanzahl, die durch die Leitung fließt an? (+ Abkürzung und Einheit) Die Spannung U, die Stromstärke I, der Widerstand R, die elektrische Leistung P und die elektrische Arbeit W sind die fünf Grundgrößen des elektrischen Stroms. Die Einheiten der 5 Grundgrößen des Stroms sind Volt für die Spannung, Ampere für die Stromstärke, Ohm für den Widerstand, Watt für die Leistung und Kilowattstunde für die Arbeit. Die Spannung gibt den Ladungsunterschied bzw. den dadurch entstehenden Druck der fließenden Elektronen an. Die Spannung U gibt den Ladungsunterschied einer Stromquelle in der Einheit Volt (V) an. Die Stromstärke gibt die Anzahl der Elektronen, die pro Sekunde durch den Leiterquerschnitt fließen an. Die Stromstärke I gibt die Anzahl der Elektronen, die pro Sekunde durch den Leiterquerschnitt fließen in der Einheit Ampere (A) an. E7 Was gibt der Widerstand an? (2) Der Widerstand ist die Gegenkraft zur Spannung. Er drückt den Elektronen entgegen. E8 E9 Welche physikalische Grundgröße behindert die Elektronen am Fließen? (+ Einheit) Was gibt die Leistung an? E10 Was gibt die elektrische Arbeit an? E11 Welche Grundgröße gibt den Stromverbrauch eines Elektrogerätes an? (+ Einheit) E12 Was bezeichnet man als elektrische Energie? E13 E14 E15 E16 Spannung und die Leistung an. Stromstärke und die Arbeit an. Gib die Einheit sowie deren Abkürzung für den Widerstand und die Spannung an. Stromstärke und die Leistung an. Der Widerstand drückt den Elektronen entgegen und behindert diese dadurch. Die Einheit des Widerstands ist Ohm (Ω). Die Leistung (P) gibt die verrichtete Arbeit in einer gewissen Zeit an. Die Einheit der Leistung ist Watt (W). Die elektrische Arbeit gibt den Stromverbrauch an. Die elektrische Arbeit (W) gibt den Stromverbrauch eines Elektrogerätes in Kilowattstunden (kwh) an. Die elektrische Arbeit wird auch als elektrische Energie bezeichnet. Die Einheit der Spannung ist Volt (V) und die Einheit der Leistung ist Watt (W). Die Einheit der Stromstärke ist Ampere (A) und die Einheit der Arbeit ist Kilowattstunde (kwh). Die Einheit des Widerstands ist Ohm (Ω) und die Einheit der Spannung ist Volt (V). Die Einheit der Stromstärke ist Ampere (A) und die Einheit der Leistung ist Watt (W). 1 von 7 Pirchmoser Christian

2 E17 E18 E19 E20 E21 E22 E23 E24 Arbeit und den Widerstand an. Abkürzungen U und P? Abkürzungen W und V? Abkürzungen I und R? Abkürzungen A und Ω? Welche Grundgrößen des Stroms werden in Ampere bzw. in Watt angegeben? Welche Grundgrößen des Stroms werden in Volt bzw. in Kilowattstunden angegeben? Welche Grundgrößen des Stroms werden in Ohm bzw. in Ampere angegeben? E25 Gib 3 Formeln des ohm schen Gesetzes an. E26 E27 E28 E29 E30 Wie lautet die Berechnungsformel der elektrischen Leistung? Welche Größe gibt den Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke an? Wovon hängt die Größe der elektrischen Leistung ab? Wie lautet die Berechnungsformel für die elektrische Arbeit? Wovon hängt die Größe der elektrischen Arbeit ab? E31 Berechne den Widerstand! U = 4,6 V; I = 0,2 A R = U : I; Lösung: R = 23 Ω E32 E33 Berechne die Stromstärke! U = 230 V; R = 460 Ω; P = 115 W Berechne die Spannung! P = 48 W; I = 0,2 A; R = 1200 Ω Die Einheit der Arbeit ist Kilowattstunde (kwh) und die Einheit des Widerstands ist Ohm (Ω). Die Abkürzung U steht für die Spannung und die Abkürzung P steht für die elektrische Leistung. Die Abkürzung W steht für Watt, aber auch für die elektrische Arbeit und die Abürzung V steht für Volt. Die Abkürzung I steht für die Stromstärke und die Abkürzung R steht für den Widerstand. Die Abkürzung A steht für Ampere und die Abkürzung Ω steht für Ohm. Die Stromstärke (I) wird in Ampere (A) und die elektrische Leistung (P) wird in Watt (W) angegeben. Die Spannung (U) wird in Volt (V) und die elektrische Arbeit (W) wird in Kilowattstunden (kwh) angegeben. Der Widerstand (R) wird in Ohm (Ω) und die Stromstärke (I) wird in Ampere (A) angegeben. Die drei Formeln des ohmschen Gesetzes lauten: U = R*I; R = U/I; I = U/R Mit der Formel P = U * I berechnet man die elektrische Leistung. Die elektrische Leistung (P) gibt den Zusammenhang zwischen der Spannung (U) und der Stromstärke (I) an. Ihre Einheit ist das Watt (W). Die Größe der elektrischen Leistung (P) hängt von der Stromstärke (I) und von der Spannung (U) ab. Mit der Formel W = P * t berechnet man die elektrische Arbeit. Die Größe der elektrischen Arbeit hängt von der Leistung (P) und von der Zeit (t) ab. I = U : R oder I = P : U; Lösung: I = 0,5 A U = R * I oder U = P : I; Lösung:U = 240 V 2 von 7 Pirchmoser Christian

3 E34 Berechne den Widerstand! U = 12 V; I = 5 A; E35 Berechne die Stromstärke! U = 230 V; R = 46 Ω E36 Berechne die Leistung! U = 110 V; I = 8 A E37 Berechne die Leistung! U = 230 V; R = 230 Ω R = U : I; Lösung: R = 2,4 Ω I = U : R; Lösung: I = 5 A P = U * I; Lösung: P = 880 W I = U : R; I = 10 A; P = U * I; Lösung: P = 2300 W E38 Berechne die Leistung! I = 12A; R = 20 Ω U = R * I; U = 240 V; P = U * I; Lösung: P = 2880 W Berechne die elektrische Arbeit! 6 Lampen zu E39 100W sind 4 Stunden in Betrieb. W = P * t; Lösung: W = 2,4 kwh Berechne die Stromstärke! P = 2300W; U = E40 230V; I = P : U; Lösung: I = 10 A; Berechne den stündlichen Stromverbrauch des E41 W = P * t; Lösung: W = 2,5 kwh Staubsaugers mit 2500W! E42 Berechne die Arbeit! U = 230V; I = 2A; t = 3h; E43 E44 Welche Stoffe werden von einem Magneten angezogen? (3) Wie werden alle magnetischen Stoffe genannt? E45 Wo werden Magnete verwendet? (5) E46 Wo ist ein Magnet am stärksten? E47 E48 E49 Wie heißen die Magnetpole und welche Farben sind für sie typisch? Was passiert wenn sich zwei Magnetpole nähern? Was versteht man unter magnetischer Influenz? E50 Wie ist ein Magnet aufgebaut? P = U * I; P = 460W; W = P * t; Lösung: W = 1,38 kwh Nur Eisen, Nickel und Kobalt werden von einem Magneten angezogen. Die magnetischen Stoffe Eisen, Nickel und Kobalt werden auch als ferromagnetische Stoffe bezeichnet. Magnete verwendet man bei Spielzeug, Seifenhalter, Magnetspeicher, Aquariumputzer, Werkzeug, Türschließer, Lautsprecher, Magnetschalter und Fahrradcomputer. Die Magnetpole (Nordpol - rot; Südpol - grün) sind die Stellen mit der stärksten magnetischen Kraft. Die Magnetpole heißen Nordpol (meist rot eingefärbt) und Südpol (meist grün eingefärbt). Wenn zwei gleiche Magnetpole zusammenkommen stoßen sie sich ab und wenn zwei ungleiche Magnetpole zusammenkommen ziehen sie sich an. Die Erscheinung, dass ferromagnetische Stoffe in der Nähe eines Magneten oder bei Berührung selbst zu einem Magneten werden, bezeichent man als magnetische Influenz. Ein Magnet besteht meistens aus Stahl, in dem alle Elementarmagnetchen regelmäßig angeordnet sind. 3 von 7 Pirchmoser Christian

4 E51 Aus welchem Material werden Magnete gefertigt? E52 Was passiert, wenn man Eisen magnetisiert? E53 Was passiert wenn man einen Magneten teilt? E54 Worin unterscheidet sich ein Magnet von Eisen? E55 Wie kann ein Magnet entmagnetisiert werden? E56 Was ist ein Magnetfeld? E57 Wie kann ein Magnetfeld dargestellt werden? E58 E59 Womit kann ein Magnetfeld abgeschirmt werden? (2) Wovon hängt die Stärke eines Magnetfeldes ab? (2) E60 Wie sieht das Magnetfeld der Erde aus? E61 E62 E63 E64 E65 Welche Besonderheiten weisen die Pole der Erde auf? Welche Bedeutung hat das Erdmagnetfeld? (3) Wieso zeigt der Kompass immer nach Norden? Welcher Pol eines frei beweglichen Magneten zeigt zum geografischen Nordpol (Arktis)? Den Zusammenhang welcher physikalischer Gebiete erkannte Oersted? E66 Welche Entdeckung genau machte Oersted? E67 Wie kann man das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters verstärken? (4) Magente werden aus ferromagnetischen Stoffen, meistens Stahl hergestellt. Wenn man Eisen magnetisiert, werden die Elementarteilchen geordnet. Bei einer Magnetteilung erhält man zwei neue Magnete und jeder Teil hat einen Nord- und einen Südpol. Der Unterschied zwischen einem Magneten und einem Stück Eisen liegt darin, dass die Elementarmagnetchen im Magnet geordnet und im Eisen ungeordnet sind. Durch Erschütterung oder erhitzen werden die Elementarmagnetchen durcheinander gebracht und der Magnet wird entmagnetisiert. Ein Magnetfeld ist der Raum um einen Magneten, indem magnetische Kräfte wirksam sind. Die unsichtbaren Magnetfelder können durch Feldlinien dargestellt werden. Ein Magnetfeld durchdringt alle Stoffe außer Eisen, Nickel und Kobalt. Die Stärke des Magnetfeldes hängt von der Stärke des Magneten und dem Abstand zum Magneten ab. Das Erdmagnetfeld ähnelt dem eines Stabmagneten. Die Besonderheit des Erdmagnetfeldes ist, dass sich in der Nähe des geografischen Nordpols der magnetische Südpol befindet und umgekehrt. Für die Orientierung mit dem Kompass, die Orientierung der Zugvögel und für den Schutz vor kosmischer Strahlung ist das Erdmagnetfeld sehr bedeutend. Der Kompass zeigt immer nach Norden, da er sich am Magnetfeld der Erde ausrichtet. Der Nordpol eines frei beweglichen Magneten zeigt immer zum geografischen Nordpol der Erde. Oersted erkannte, das Elektrizität und Magnetismus zusammen gehören. Oersted entdeckte, dass jeder stromdurchflossene Leiter ein Magnetfeld besitzt. Indem man einen Draht zur Spule wickelt, einen Eisenkern umwickelt, viele Windungen wickelt und eine große Stromstärke verwendet, kann man das Magnetfeld einer Spule verstärken. 4 von 7 Pirchmoser Christian

5 E68 E69 E70 E71 E72 Wie sieht das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule aus? Wieso verstärkt ein Weicheisenkern in der Spule das Magnetfeld? Welche drei Bestandteile hat ein Elektromagnet? Wovon hängt die Stärke eines Elektromagneten ab? (2) Welche Vor- und Nachteile haben Elektromagnete? (4) E73 Wo werden Elektromagnete verwendet? (5) E74 Wie kannst du einen einfachen Elektromagneten selbst bauen? E75 Wie funktioniert ein elektrischer Türöffner? E76 Wie funktioniert ein Morsegerät? E77 Wie wird SOS im Morsealphabet abgekürzt E78 Wie ist ein Schaltrelais aufgebaut? E79 Wie funktioniert ein Schaltrelais? E80 E81 Welche Bestandteile hat der Steuerstromkreis im Schaltrelais? (3) Welche Bestandteile hat der Arbeitsstromkreis im Schaltrelais? (3) E82 Wozu werden Schaltrelais verwendet? (3) E83 Zeichne den Schaltplan eines Schaltrelais! E84 Nach welchem Prinzip arbeitet ein Selbstunterbrecher? Das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule ähnelt dem Magnetfeld eines Stabmagneten. Der Strom in der Spule ordnet die Elementarmagnetchen im Eisen. Deshalb ist nicht nur der Leiter, sondern auch der Eisenkern magentisch. Ein Elektromagent besteht aus einem Eisenkern, einer Spule und einer Stromquelle. Die Stärke eines Elektromagneten hängt von seiner Windungsanzahl und von der Stromstärke ab. Für Elektromagnete spricht, dass man sie regeln und ein- und ausschalten kann. Sie sind beliebig stark und resistent gegen Erschütterung. Ein Nachteil des Elektromagnet ist sein Stromverbrauch. Bei Hebemagnet, Türöffner, Morsegerät, Magnetschwebebahn, elektrische Klingel, Selbstunterbrecher, Sicherungsautomat und Elektromotor werden Elektromagnete verwendet. Einen Elektromagneten kann man selber bauen, indem man einen Draht um einen Nagel wickelt und beide Enden mit einer Batterie verbindet. Durch betätigen des "Öffnungsknopfes" in der Wohnung wird ein E-Magnet aktiviert, welcher den Veriegelungsknauf der Tür anzieht und die Tür somit entriegelt. Durch betätigen des Schalter an Ort A zieht ein Elektromagnet an Ort B einen Eisenklöppel an und erzeugt so ein Geräusch. Durch das Morsealphabet können Gespräche übermittel werden. SOS wird im Morsealphabet durch 3 kurze, 3 lange und wieder 3 kurze Klopf- oder Lichtzeichen signalisiert. Ein Schaltrelais besteht aus zwei getrennten Stromkreisen. (Arbeitsstromkreis und Steuerstromkreis) Der Elektromagnet des Steuerstromkreises schaltet den Strom im Arbeitsstromkreis aus oder ein. Der Steuerstromkreis eines Schaltrelais besteht aus einer schwachen Stromquelle, dem Schalter und einem Elektromagneten. Der Arbeitsstromkreis eines Schaltrelais besteht aus einer starken Stromquelle, dem Verbraucher und dem Anker. Schaltrelais verwendet man bei Starkstromsteuerungen, Fernbedienungen, Lichtschranken und Thermoschaltungen. siehe Heft Beim Selbstunterbrecher unterbricht bzw. schließt ein Elektromagnet ständig seinen eigenen Stromkreis. 5 von 7 Pirchmoser Christian

6 E85 Wo werden "selbstunterbrechende Schaltungen" verwendet? (3) E86 Wie funktioniert der Sicherungsautomat? E87 Welche Entdeckung machte Oersted? E88 Welche Entdeckung machte Faraday? E89 E90 E91 Welche Zusammenhänge erkannten die Physiker Oersted und Faraday? Nach welchem Prinzip funktioniert der Elektromotor? Wie heißen die vier Hauptbestandteile des Elektromotors? E92 Wie sieht der Stator und der Rotor aus? E93 Wie funktioniert ein Elektromotor? E94 Wie funktioniert der Kommutator? E95 Welche Rotortypen kennst du? E96 Welchen Vorteil bietet der Trommelrotor? (2) E97 Wie ist ein Wechselstrommotor aufgebaut? Wieso braucht der Wechselstrommotor zwei E98 Elektromagnete? In welchen Geräten werden Elektromotoren E99 verwendet? (5) Wie kann man die Magnetpole bei einem E100 Elektromagneten vertauschen? Was bedeutet eine Verkleinerung der E101 Stromstärke für einen Elektromagneten? Selbst unterbrechende Schaltungen verwendet man bei der elektrische Klingel, der Autohupe und dem Blinklicht. Bei Kurzschluss oder Überlastung nimmt die Stromstärke zu. Der E - Magnet wird stärker und zieht den Eisenkern in die Spule. Dadurch wird der Stromkreis unterbrochen. Oersted entdeckte, dass jeder stromdurchflossene Leiter ein Magnetfeld besitzt. Faraday entdeckte, dass jeder stromdurchflossene Leiter in einem Magnetfeld eine Kraft erfährt. Oersted erkannte den Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus. Faraday erkannte den Zusammenhang zwischen Magnetismus und Bewegung. Bei einem Elektromotor wird Elektrizität über Magnetismus in Bewegung umgewandelt. Die vier Hauptbestandteile des Elektromotors sind der Stator, der Rotor, der Kommutator und die Bürsten. Der Stator ist ein Permanentmagnet und der Rotor ist ein drehbarer Elektromagnet. Der drehbare Elektromagnet stößt sich vom festsitzenden Magneten ab. Um ständige Abstoßung zu ermöglichen polt der Kommutator den Rotor nach jeder halben Umdrehung um. Sobald der Südpol des Rotors den Nordpol des Stators erreicht bewirkt der Kommutator eine Änderung der Stromrichtung und somit eine Umpolung des Rotors. Man unterscheidet zwichen dem Doppel T - Rotor, dem Dreifach T - Rotor und dem Trommelrotor. Der Trommelrotor wird sehr häufig verwendet, da er aus jeder Position anläuft und sehr ruhig ist. Beim Wechselstrommotor verwendet man für den Stator Elektromagnete. Wegen der sich ständig ändernden Stromrichtung des Wechselstroms müssen sich auch die Pole des Stators ständig ändern. Deshalb verwendet man beim Wechselstrommotor Elektromganete. Elektromotoren findet man im Mixer, im Staubsauger, in der Bohrmaschine, im Ventilator, im Föhn, in der Waschmaschine und in der Stichsäge. Die Pole eines Elektromagneten kann man durch ändern der Stromrichtung vertauschen. Durch Verkleinerung der Stromstärke wird ein Elektromagnet schwächer. 6 von 7 Pirchmoser Christian

7 Was bedeutet eine Vergrößerung der E102 Windungsanzahl für einen Elektromagneten? Bei welchem Gerät öffnet bzw. schließt ein E103 schwacher Stromkreis einen Stärkeren? Wovon hängt die Drehrichtung eines E104 Elektromotors ab? E105 Wie funktioniert eine Magnetschwebebahn? E106 Welche Geschwindigkeit erreicht eine Magnetschwebebahn? E107 Welche Vorteile hat die Magnetschwebebahn? E108 Welche Nachteile hat die Magnetschwebebahn? E109 Wo ist eine Schwebebahn bereits im Einsatz? Wenn man die Windungszahl eines Elektromagneten erhöht, wird dieser stärker. Bei einem Schaltrelais öffnet bzw. schließt ein schwacher Stromkreis einen Stärkeren. Die Drehrichtung eines Elektromtoros hängt von der Stromrichtung im Rotor ab. Bei der Magnetschwebebahn kommt es durch Abstoßung zwischen Zuggarnitur und Schiene zum Schweben der Bahn. Durch sich anziehende Mangete kommt es zu einer Vorwärstbewegung. Magnetschwebebahnen erreichen Geschwindigkeiten bis zu 500 km/h. Vorteile der Magnetschwebebahn sind: keine Reibung, hohe Geschwindigkeit, geräuscharm, für Passagiere leise und ruhig; Nachteile der Magnetschwebebahn sind hoher Stromverbrauch, nicht für schwere Lasten geignet, teure Trassierung (Schienen). Die derzeit einzige im volleinsatzstehend Magnetschwebebahn verbindt die chinesische Stadt Shanghei mit ihrem Flughafen. 7 von 7 Pirchmoser Christian