Grundwissen Physik für die 10. Klasse I

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1 Grundwissen Physik für die 10. Klasse I 1. Definiion des Widersandes I in Leier 1: Konsanan oder gekühler 1 Mealldrah 3 Es gil das ohmsche Gesez: I ~ falls die emperaur konsan in V Leier : Kohle, Graphi Leier 3: Eisen, Kupfer ungekühl Definiion : = I V mi [] = 1 = 1 Ω ( DI-Formel ). Die Widersandsformel Der Widersand eines Drahes is abhängig von seiner Länge (~ ), von seiner Querschnisfläche ( ~ 1 ), vom Maerial und der emperaur. = ρ wobei ρ der spezifische Widersand is mi [ ρ ] = (OL-Formel) Ω mm² m 3. eihenschalung und Parallelschalung eihenschalung Parallelschalung Sromsärke I = konsan Spannung = konsan ges = I ges = I 1 + I + ges = = ges = 1 I = I1 P ges = P 1 + P +

2 4. Elekromagneische Indukion in Spulen Elekrische Energie Bewegungsenergie Bewegungsenergie ( Moorprinzip ) elekrische Energie ( Generaorprinzip ) Bei einer Spule enseh Indukionsspannung, wenn sich das von ihr umfasse Magnefeld zeilich änder. Bei geschlossenem Sromkreis enseh auch Indukionssrom. Die Höhe der Indukionsspannung nimm mi wachsender Windungszahl der Spule, mi größerer Magnefeldsärke und mi der Geschwindigkei der Änderung der Magnefeldsärke zu. Lenz sche egel: Der Indukionssrom is ses so geriche, dass sein Magnefeld der rsache der Indukion (Zu- oder bnahme der Magnefeldsärke) engegenwirk. Lorenzkraf: uf bewege Ladungsräger (meis Elekronen) im Magnefeld wirk die Lorenzkraf. Linke-Hand-egel für die Indukion: Daumen in Bewegungsrichung (rsache), Zeigefinger in Magnefeldrichung von Nord nach Süd (Vermilung), somi zeig der Zeigefinger in die Elekronensromrichung (Wirkung): Die drei Finger der linken Hand sehen dabei jeweils senkrech zueinander. Generaoren: Prinzip: ein sich zeilich änderndes Magnefeld bewirk in einer Indukionsspule Indukionsspannung und srom. Es gib Innenpolgeneraoren (der Feldmagne beweg sich zwischen den fessehenden Indukionsspulen) und ußenpolgeneraoren (die Indukionsspule roier zwischen den Polschuhen eines Feldmagneen). In Großkrafwerken möche man hohe Leisungen erzielen, d.h. die Leisung P als Produk von der Spannung und der Sromsärke I soll groß werden: Hohe Spannung durch hohe Windungszahl der Indukionsspulen: also werden die Indukionsspulen sehr schwer und sollen nich beweg werden, um hohe mechanische Belasungen zu vermeiden. Somi is der Innenpolgeneraor besser geeigne. Hohe Sromsärke würde beim ußenpolgeneraor die Schleifbürsen verschmoren lassen, beim Innenpolgeneraor sind dagegen fese nschlüsse möglich. ransformaoren: ufbau: Primärspule (erkennbar an der angeschlossenen Elekriziäsquelle) und Sekundärspule befinden sich gemeinsam auf einem geschlossenen Weicheisenkern. Hohe Sekundärspannung wird errich durch hohe Sekundärwindungszahl und niedrige Primärwindungsgzahl.

3 Hoher Indukionssrom wird erreich durch niedrige Sekundärwindungszahl und hohe Primärwindungsgzahl. Der Wirkungsgrad am rafo is kleiner als 100% und des gil: rsachen bhilfe η = P P s p 1. Ensehung von Wärme durch den niedrige Windungszahlen, große Querohmschen Widersand der Spulen schnisflächen, gu leiendes Maerial Kühlen der Spulen, Supraleiung. Ensehung von Wärme durch Bläern des Kerns Wirbelsröme im Weicheisenkern 3. Sreuung des Magnefeldes Verwendung eines Jochs oder Verwendung eines Manelrafos 4. Wärme durch mmagneisierung es werden spezielle Legierungen verwende der Elemenarmagnee im Kern Energieüberragung: In Überlandleiungen ha man Leisungsverluse P fern = fern I² m Energie über weie Srecken überragen zu können, müssen diese Verluse gering gehalen werden. 1. fern verringern: gu leiendes Maerial wie Kupfer oder luminium und hohe Querschniflächen: sehr euer und sehr hohe Massen. Die Sromsärke I wird verringer, indem man am Krafwerk die Spannung hoch ransformier. Vor Erreichen der Haushale wird die Spannung wieder niederransformier. 5. Halbleier: Germanium, Silicium und andere vierwerige Soffe bezeichne man als Halbleier, das sie den Srom weder gu leien noch isolieren (Nichleier sind). Beim absoluen Nullpunk sind sie aber Isolaoren, bei normaler emperaur schleche Leier. Doier (verunreinig) man sie mi fünfwerigem Soff, z.b. rsen, so is das fünfe ußenelekron des eingebauen rsens ein frei beweglicher Ladungsräger (n-doierung). Doier man sie mi dreiwerigem Soff (z.b. Indium), so enreiß das Indiumaom einem benachbaren Germaniumaom ein Elekron, so dass diesem Germaniumaom ein Elekron fehl, diese Fehlselle ensprich einer posiiven Ladung, man nenn sie Defekelekron oder Loch (p-doierung)

4 Füg man einen n-halbleier und einen p-halbleier zusammen, so erhäl man eine sogenanne Diode. n der Grenzschich wandern die freien Elekronen des n-halbleiers zu den Defekelekronen des p-leiers, so dass ein elekrisches Feld enseh, das weieres Diffundieren von freien Ladungsrägern verhinder. Leg man nun an die p-schich den Minuspol und an die n-schich den Pluspol einer E-quelle an, so verbreier sich die nahezu ladungsrägerfreie Grenzschich (Sperrrichung der Diode) Leg man nun an die p-schich den Pluspol und an die n-schich den Minuspol einer E-quelle an, so fluen die Ladungsräger in die Sperrschich und machen diese sromdurchlässig (Durchlassrichung der Diode) Die Diode wirk also als Venil. Gleichricherwirkung für Wechselsrom, der zu pulsierendem Gleichsrom wird. Kennlinie einer Diode: I 6. om- und Kernphysik Grundlagen: Jeder omkern beseh aus Proonen (posiiv geladen) und Neuronen (neural) die durch Kernkräfe (sehr sarke Kräfe, eichweie sehr gering - beschränk auf Nachbareilchen) zusammengehalen werden. In der omhülle befinden sich die Elekronen (negaiv geladen). Nuklidschreibweise: Symbol des chemischen Elemenes Nukleonenzahl (Proonenzahl + Neuronenzahl) Ordnungszahl = Kernladungszahl (Zahl der Proonen) Z X Isoope nenn man Nuklide mi gleicher Ordnungszahl (= Zahl der Proonen) aber unerschiedlicher Nukleonenzahl. Sie unerscheiden sich also in der Zahl der Neuronen. adioakive Srahlung komm immer aus dem Kern, sie kann durch Geigerzähler, Nebelkammern und Fooplaen nachgewiesen ( ) werden. Es gib α-, β- und γ-srahlung.

5 r der Srahlung Zerfallsgleichung bschirmung blenkbarkei durch elekrische oder magneische Querfelder α - Srahlung β - Srahlung γ - Srahlung posiiv geladenen Heliumkerne 4 He 6 a n durch ein Bla Papier ja, da posiiv geladen 4 He negaiv geladene Elekronen, die aus dem Zerfall eines Neurons sammen: n p + e Cs Ba + e mm dicke luminiumplae ja, da negaiv geladen; ichungsbesimmung mi der Linken-Hand-egel elekromagneische Srahlung eines angeregen Kerns, keine eilchen 15 mm Bleiplae nein, da keine Ladung vorhanden Ionisaionsvermögen sehr hoch (q=0) relaiv gering q=1 relaiv gering q=1 eichweie sehr gering groß sehr hoch Energie einheilich bei einem besimmen Nuklid unerschiedlich vereil bis ca. 99% der Lichgeschwindigkei usbreiung mi Lichgeschwindigkei ner der Halbwerszei eins radioakiven Soffes verseh man die Zei, nach der noch die Hälfe dieses Soffes vorhanden is. Zerfallsgesez: () = 0 m() = m 0 N() = N 0 7. Energie Die aus den naürlichen Energiequellen (Holz, Kohle, Erdöl, Erdgas, Sonne, Wind, Wasser) gewonnene Energie nenn man Primärenergie. Die von Krafwerken, affinerien bereigeselle Energie nenn man Sekundärenergie. Die Energie, die dem Verbraucher zur Verfügung seh nenn man Endenergie. Die Energie, die wir für einen gewünschen Zweck einsezen, heiß Nuzenergie. Einheien: 1 kj = 10³J 1MJ = 10 6 J 1 GJ = 10 9 J 1 J = 10 1 J Es gib nich erneuerbare Energiequellen (fossile Brennsoffe wie Kohle, Erdöl, Erdgas, und nukleare Brennsoffe wie ran) und erneuerbare (regeneraive) Energiequellen (Sonne, Wasser, Wind, Biomasse, Geohermie) Die wesenlichen Besandeile eines jeden Krafwerks sind Dampfkessel, urbine, Generaor, (innere Energie des Dampfs) (oaionsenergie) (elekrische Energie) Gesamwirkungsgrad einer nlage: η gesam = η 1 η η 3