Schnellkurs Ohmsches Gesetz Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen. Jeder kennt aus der Schule das Ohmsche Gesetz:

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1 Schnellkurs Ohmsches Gesetz eihen- und Parallelschaltung von Widerständen Jeder kennt aus der Schule das Ohmsche Gesetz: = Aber was bedeutet es? Strom (el. Stromstärke) Spannung Widerstand Vorbemerkung: es gibt elektrische Ladungen und elektrisch geladene Körper (Elektron, Proton Elementarladung, C) Elektrische Ladung = Es gibt elektrische Ladungen (Q) und elektrisch geladene Körper (Elektron, Proton Elementarladung, Coulomb) Es gibt 2 Arten von Ladungen, positiv (+) und negativ ( ) genannt. Zwischen Ladungen wirken Kräfte (gleichnamig Abstoßung, ungleichnamig Anziehung). Sie können deshalb Arbeit verrichten (W = F s) und Energie tragen (Energie Fähigkeit, eine Arbeit zu verrichten). Ladungen können nicht verschwinden, aber pos. und neg. Ladungen können sich gegenseitig kompensieren. 2

2 Elektrische Stromstärke (kurz: Strom) = Strom : Ladungsmenge, die je Zeiteinheit durch einen Querschnitt fließt vergleichbar einem Wasserstrom [] = C / s = A (Ampere S-Einheit, kleinere Einheit: ma) C / s = A C = As Strom fließt auf Grund der Kräfte, die auf die Ladungsträger wirken, er fließt gut in Leitern (Metalle freie Ladungsträger), weniger gut in Halbleitern und äußerst schlecht (gar nicht) in Nichtleitern 3 Elektrische Spannung = Spannung : Energie je Ladungseinheit (die beispielsweise gebraucht wird, um die Ladung gegen die Feldkräfte von A nach B zu bringen) wird immer zwischen 2 Punkten gemessen (hier A und B) Bsp: Steckdose, 2 Anschlüsse, = 230V (Effektivwert, da Wechselstrom AC, nicht DC) = W / Q [] = Nm / As = Ws / As = VA s / As = V (Volt) Strom fließt Spannung liegt an 4 2

3 Elektrischer Widerstand = Welcher Strom fließt nun bei angelegter Spannung durch einen Leiter? Das hängt vom Material und der Form des Leiters ab. (Freie Ladungsträger (Elektronen), die den Strom bilden, werden unter der Kraftwirkung beschleunigt, stoßen mit Atomen zusammen, werden abgebremst und geben ihre kinetische Energie an das Leitermaterial ab Erwärmung ) Der Leiter stellt für den Strom einen Widerstand ( - esistor) dar. 5 Elektrischer Widerstand = Der Leiter stellt für den Strom einen Widerstand ( - esistor) dar. = Großer Widerstand kleiner Strom und umgekehrt. [] = V / A = Ω V an Ω A, (Ohm) V an kω ma 6 3

4 Elektrische Energie, Arbeit, Leistung n der Öffentlichkeit wird häufig über Strom, Stromerzeugung, Stromverbrauch etc. gesprochen Jahre seit Christi Geburt und Sie haben immer noch keinen grünen Strom? st wirklich Strom gemeint? Bezahlen wir den Strom? Nein wir beziehen (und bezahlen) Energie, die bei uns Arbeit leistet! (mwandlung der elektrischen Energie in Wärme, Licht, mechanische Energie usw.) 7 Elektrische Energie, Arbeit, Leistung Wir beziehen (und bezahlen) Energie, die bei uns Arbeit leistet 230 V in der Steckdose welche Energie? Spannung Energie je Ladungseinheit Strom Ladung je Zeiteinheit Energie W Spannung Strom Zeit (W = t ) [W] = V A s = Ws ( = Nm) Leistung P Arbeit (bzw. Energie) je Zeit P = W / t = [P] = V A = W (Watt) 8 4

5 Elektrische Energie, Arbeit, Leistung Wir beziehen (und bezahlen) Energie, die bei uns Arbeit leistet! Welche Energie verbrauche ich (wandle ich um) z.b. mit einer 00W Glühlampe? Das hängt davon ab, wie lange sie brennt : h: W = P t = 00 W 3600 s = Ws handlicher: 0, kwh (Kilowattstunde) Andere Frage: welcher Strom fließt, welchen Widerstand hat die (heiße) Glühlampe? P = = P/ = 00 W / 230V = 0,435 A = 435 ma = / ( = 2 / P) = 529 Ω 0,5 kω 9 Einfacher Stromkreis Q W Q = W ( Q = = ) Quelle (Spannungsquelle eigentlich Energiequelle) wandelt nichtelektrische Energie (mech., chemisch,...) in elektrische Energie um. (Spannungsquelle: ideales Bauelement, liefert konstante Spannung unabhängig vom Strom, d.h. von der entnommenen Energie) Widerstand Verbraucher wandelt elektrische Energie in nichtelektrische um. 0 5

6 Verzweigter Stromkreis Parallelschaltung Q 2 W Q = W + W 2 t = t + 2 t = + 2 Die Summe der Ströme, die in einen Knoten hineinfließen, ist gleich der Summe der Ströme, die herausfließen Knotensatz Verzweigter Stromkreis Parallelschaltung Q 2 = = + 2 ges = + = + ges 2 6

7 Verzweigter Stromkreis Parallelschaltung Q 2 = = + ges ges = + ges <, wenn = =, dann ist ges = ½ 3 Verzweigter Stromkreis Stromteilerregel Q 2 = = = 2 ges ges = = 2 = 2 2 ges = ges = + 4 7

8 Stromkreis eihenschaltung W Q = W + W 2 Q t = t + 2 t 2 = + 2 Die Spannung teilt sich auf an den Widerständen fallen Spannungen ab. Spannung ist Energie je Ladungseinheit. n der Spannungsquelle erhalten die Ladungsträger Energie, in den Verbrauchern geben sie sie wieder ab. n einer Masche ist die Summe der rspannungen (der Spannungen der Spannungsquellen) gleich der Summe der Spannungsabfälle Maschensatz 5 Stromkreis eihenschaltung = + 2 Q ges = + 2 ges = + ges >, wenn = =, dann ist ges = 2 6 8

9 Stromkreis Spannungsteilerregel ges = + Q = = 2 2 ges = = 2 ges = 2 = ges ges = + 7 Verzweigter Stromkreis Q 2 3 Kompliziertere Schaltungen müssen schrittweise (von innen nach außen) berechnet werden. Q = 5V, = 300 Ω, = 500 Ω, 3 = 200 Ω + 3 = 500 Ω, = 3V, 3 = 2V,3 = 250 Ω, = 20 ma, = 2 = 0 ma 8 9