Basiswissen Physik Jahrgangsstufe (G9)

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1 Wärmelehre (nur nspr. Zweig) siehe 9. Jahrgangsstufe (mat-nat.) Elektrizitätslehre Basiswissen Physik Jahrgangsstufe (G9) Ladung: Grundeigenschaft der Elektrizität, positive und negative Ladungen. Träger der negativen Ladung sind die Elektronen, Träger der positiven Ladung die Protonen. Ladung Q ; [Q] = 1 Coulomb ( C ) Gleiche Ladungen stoßen sich ab, ungleiche Ladungen ziehen sich an. Strom: Fließende Ladung: I = Q t [ I ] = 1 Ampère (A) = 1 C/s Stromrichtung: Messung der Stromstärke über Wärmewirkung (Hitzdrahtinstrumente) oder magnetische Wirkung (Drehspulinstrumente) Physikalisch: wie die Elektronen fließen, von minus nach plus. Technisch: umgekehrt, von plus nach minus. Spannung: Maß für die Stärke einer Stromquelle, um die Ladung Q die elektrische Arbeit W verrichten zu lassen. Spannung: U = W el Q [U] = 1 Volt (V) = 1 J/C Widerstand: Die den Stromfluss hemmende Eigenschaft aller Leiter Widerstand: R = U I [R] = 1 Ohm ( Ω ) = 1 V/A Kennlinie: U-I-Diagramm eines Leiters

2 Ohmsches Gesetz: Spezifischer Widerstand: Bei konstanter Temperatur ist der Widerstand eines Leiters konstant. Der Widerstand eines Drahtes hängt ab von Länge und Querschnittsfläche, die materialabhängige Proportionalitätskonstante heißt spezifischer Widerstand ρ : R = " l A ; ["] = 1#mm2 m Elektrische Leistung: W = UI = RI 2 = U 2 R Elektrische Arbeit: W = UIt Kirchhoffsche Regeln: 1. In einem verzweigten Stromkreis ist die Summe aller Teilstromstärken in den Zweigen gleich der Gesamtstromstärke. I = I 1 + I I n Ersatzwiderstände: 2. In einem unverzweigten Stromkreis ist die Summe aller Teilspannungen gleich der Gesamtspannung. U = U 1 + U U n 1. Reihenschaltung: R ges = R 1 + R 2 2. Parallelschaltung: 1 R ges = 1 R R 2

3 Potentiometer: Spannungsteiler (oft durch veränderliche Schiebe- oder Drehwiderstände) U = R R 0 U 0 (nur im unbelasteten Fall, d.h. ohne Stromentnahme) Auf diese Art kann eine beliebige variable Teilspannung von U 0 abgegriffen werden. Magnetismus Grundlagen: Magnetfeldlinie: Magnetfeld: 2 Magnetpole, Nordpol (rot), Südpol (grün) Gleiche Pole stoßen sich ab, ungleiche Pole ziehen sich an. Achtung! Hat NICHTS mit positiver und negativer Ladung zu tun! Die Linie, auf der sich ein kleiner Test-Nordpol im Einfluss eines Magneten bewegen würde. Orientierung: Von Nord nach Süd! Gesamtheit aller Magnetfeldlinien Magnetische Stoffe: Nicht alle Metalle sind magnetisch, nur Eisen, Nickel, Kobalt und einige Nebengruppenelemente (seltene Erden, z.b. Neodym) Modellvorstellung: Kleine spontan magnetisierte Bereiche (Weißsche Bezirke) wirken als Elementarmagnete, sie lassen sich durch ein äußeres Magnetfeld Parallel ausrichten und bleiben bei den magnetischen Stoffen so Ausgerichtet, d.h. das Metall bleibt magnetisiert.

4 Elektromagnet: Stromdurchflossene Leiter haben ein Magnetfeld, dessen Linien konzentrisch zum Leiter sind. Rechte-Faust-Regel: Der Daumen der rechten Faust zeigt in die technische Stromrichtung, die Finger geben die Richtung des Magnetfeldes an. Ein zu einer Spule aufgewickelter Draht hat ein Magnetfeld, das dem Feld eines Stabmagneten ähnlich ist, ein Eisenkern in der Spule verstärkt die Wirkung. Mit der Rechte-Faust-Regel erhält man: Nordpol = auseinander Südpol = zusammen

5 Lorenzkraft: Bewegte Ladungsträger (Strom in Leitern oder freie Ladungsträger erfahren im Magnetfeld eine Kraft. Ihre Richtung liefert die 3-Finger- Regel (UVW-Regel): U = Daumen der rechten Hand = Ursache = technische Stromrichtung (bzw. Bewegungsrichtung positiver Teilchen, Daumen der linken Hand für Bewegungsrichtung negativer Teilchen) V = Zeigefinger = Vermittlung = Magnetfeld W = Mittelfinger = Wirkung = Lorenzkraft Induktion: In einem Leiter, der in einem Magnetfeld senkrecht zu den Feldlinien bewegt wird, wird ein Strom bzw. eine Spannung induziert. Die Stromrichtung liefert wieder eine 3-Finger-Regel: U = Daumen der rechten Hand = Ursache = Bewegungsrichtung V = Zeigefinger = Vermittlung = Magnetfeld W = Mittelfinger = Wirkung = technische Stromrichtung Lenzsche Regel: Der Induktionsstrom ist immer so orientiert, das sein eigenes Magnetfeld die Bewegung abbremst. Transformator: Zwei separate Spulen auf einem gemeinsamen geschlossenen Eisenkern, die Spannung wird beim unbelasteten idealen Transformator wie das Verhältnis der Windungszahlen übersetzt, der Strom umgekehrt: U 1 U 2 = N 1 N 2 ; I 1 I 2 = N 2 N 1

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