Nikolaus-von-Kues-Gymnasium BKS Sehr gute Leiter. Physik Der elektrische Strom. Cu Valenzelektron

Transkript

1 Sehr gute Leiter Cu Z=29 Ag Z=47 Au Z= Cu Ag Au 1 Valenzelektron

2 Die elektrische Ladung e - p + Die Grundbausteine der Atome (und damit aller Materie) sind Elektronen und Protonen Elektronen besitzen untrennbar eine negative elektrische Ladung von -1, C (Coulomb),d.h. -0, C Protonen besitzen untrennbar eine positive elektrische Ladung von +1, C

3 Ladungen üben Kräfte aufeinander aus e - p + Ungleichnamige Ladungen ziehen sich an. e - e - p + p + Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab.

4 Warum fliegen Atomkerne nicht auseinander? p + p + Bei großen Abständen wirken nur die elektrostatischen Abstoßungskräfte. p + p + Bei Abständen d<10-15 m wirken anziehende Kernkräfte, die viel stärker sind, als die el. Kräfte

5 Kernkräfte p-p-wechselwirkung n-p-wechselwirkung n-n-wechselwirkung Die Kernkräfte wirken nur zwischen den unmittelbar benachbarten Kernbausteinen (Nukleonen)

6 Die elektrische Stromstärke I=1A Definition 1 A ist die Stärke des zeitlich konstanten elektrischen Stromes, der im Vakuum zwischen zwei parallelen, unendlich langen, geraden Leitern mit vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt und dem Abstand von 1 m zwischen diesen Leitern eine Kraft von Newton pro Meter Leiterlänge hervorrufen würde. I=1Ampère

7 Die Elektronenladung Elektron q 1, C Elektron = i 1C 6,24i10 18 iq Elektron d.h. 6,24 Trilliarden Elektronen tragen zusammen eine Ladung von 1 Coulomb

8 Die elektrische Stromstärke e - e - e - e - e - e - e - e - Stromstärke I= Transportierte Ladung Zeiteinheit I Q = [ I ] = t Coulomb 1 Sekunde =1Ampère

9 Die elektrische Stromstärke I = 1A e - e - e - e - e - e - e - e - Q I = Q = I t t 1C = 1A 1s = 1As " Ampèresekunde" Wenn also ein Strom mit der Stärke I fließt, dann wird pro Sekunde 1C Ladung transportiert! = 1A

10 Der elektrische Stromkreis

11 Die Stromrichtung Die Elektronen fließen von - nach +, das ist die wirkliche Stromrichtung. Wir verwenden aber die technische Stromrichtung von + nach -

12 Die mechanische Spannung Damit ein Wasserstrom durch die Leitung fließen kann, muss das obere Becken gefüllt werden. Dazu ist Hubarbeit notwendig. Arbeit Spannung = [ U] = 1 J Wassermasse kg Spannungsquelle Bei einer Hubhöhe h=20m ist W=10N*20m =200J für jedes kg, was im oberen Becken liegt.

13 Die elektrische Spannung Spannung = V e rrich te te A rb e it zu m T re n n e n d e r L a d u n g e n g e tre n n te G e sa m tla d u n g U W Joule = [ U] = 1 = 1Volt Q Coulomb

14 Die Batterie als Spannungsquelle U = 4,5V = J 4,5 C d.h. pro Coulomb getrennter Ladung wurde eine Energie von 4,5 J aufgewendet. 1C = 1As 3000mAh = 3 Ah = As = As = C d.h. in der Batterie sind C Ladung getrennt. Dafür wurden 3000mAh J Energie aufgewendet.

15 Der elektrische Stromkreis Schaltbild: L U=4,5V S

16 Einfacher Stromkreis mit Messgeräten U=4,5V Ein Spannungsmessgerät zur Messung der Betriebsspannung wird immer direkt an der Stromquelle angeschlossen!

17 Einfacher Stromkreis mit Messgeräten U I U 4,5V I 0,9A = = U 4,5V V R 5 5 I 0,9A A = = = = Ω

18 Anwendung des Ohmschen Gesetzes Übung1 Wie groß darf die angelegte Spannung höchstens sein, damit die maximal zulässige Stromstärke nicht überschritten wird? U R I = V U 2,5 2A 2,5 2A 5 V = Ω = A = R 2,5 = Ω U=5V I=2A S

19 Anwendung des Ohmschen Gesetzes Übung2 Bestimme die Stromstärke I? U R I = U=12V I=? S U 12V 12V I 0,012A 12mA = R= 1000 = V 1000 = = Ω A

20 Übungsaufgaben 1

21 Übungsaufgaben 2