PHYSIK → Klasse 7 & 8 → Elektrischer Widerstand
Einstieg
-
Stell dir vor, du bist in einer Situation, in der dein Smartphone dringend aufgeladen werden muss, aber du hast nur noch wenige Minuten Zeit, bevor du das Haus verlassen musst. Du greifst nach deinem Ladekabel, aber du hast mehrere zur Auswahl: Ein altes, abgenutztes Kabel, das du seit Jahren benutzt hast, und ein brandneues, teures Kabel, das du erst kürzlich gekauft hast.
Welches Kabel würdest du verwenden, um dein Smartphone aufzuladen, und warum? Welche Aspekte sind entscheidend? Welche physikalische Größe spielt wohl beim Laden eines Handys eine Rolle?
- Elektrischer Widerstand 1
Auf einem Lineal wird ein Eisendraht befestigt. Der Einsendraht wird in Reihe mit einem Stromstärkemessgerät geschaltet, wobei ein Anschluss am Eisendraht auf verschiedene Längen am Lineal verstellt werden kann. Am Stromstärkemessgerät wird der Anschluss für hohe Stromstärken verwendet. Der Messbereich wird auf 100 mA gestellt.
Die Spannungsquelle wird auf 2.5 V eingestellt. Anschließend wird die Stromstärke für verschiedene Längen gemessen:
\[U=2.5\;\rm{V}\]
\[
\begin{array}{|c|c|}
\hline
Länge& Stromstärke\\
\hline
0& ?\\
\hline
\vdots& \vdots \\
\end{array}
\]
Wir wollen nun ein vollständiges Versuchsprotokoll anfertigen.
- Notiere zunächst eine Hypothese, was man wohl beobachten wird. Anschließend wird das Experiment durchgeführt.
- Fertige einen Schaltplan zu dem Aufbau an.
- Trage die Messwerte in einem Koordinatensystem auf (Länge -> Stromstärke).
- Formuliere eine Merksatz zu diesem Experiment:
"Je länger ein elektrischer Leiter, desto ... ." Erkennst du den Zusammenhang zwischen den Messwerten?
- Nimm Stellung zu deiner Hypothese. War sie richtig?
- Leider ist eine Deutung auf Atomarer Ebene recht kompliziert. Versuche dich trotzdem an einer. Gehe dabei darauf ein, dass die elektrischen Ladungen beim Durchlaufen des Drahtes mit den Atomrümpfen im Draht zusammenstoßen.
- Elektrischer Widerstand 2
Baue den folgenden Stromkreis auf:
Lasse die Spannung immer bei 7 V. Wechsel nacheinander die Drähte im Stromkreis. Miss jedes Mal die Stromstärke. Notiere die Messwerte in einer Tabelle.
\[\begin{array}{|c|c|}
\hline
\text{Drahtdicke}& \text{Stromstärke}\\
\hline
0.5 mm&?\\
\hline
\vdots& \vdots\\
\end{array}
\]
- Formuliere einen Satz: "Je ... desto ... ." Kannst du dir die Messergebnisse erklären?
- Was könnte der elektrische Widerstand eines Kabels sein? Gehe dabei auf die Stromstärke ein. Wovon hängt er ab?
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Stell dir vor, du bist in einer Situation, in der dein Smartphone dringend aufgeladen werden muss, aber du hast nur noch wenige Minuten Zeit, bevor du das Haus verlassen musst. Du greifst nach deinem Ladekabel, aber du hast mehrere zur Auswahl: Ein altes, abgenutztes Kabel, das du seit Jahren benutzt hast, und ein brandneues, teures Kabel, das du erst kürzlich gekauft hast.
Welches Kabel würdest du verwenden, um dein Smartphone aufzuladen, und warum? Welche Aspekte sind entscheidend? Welche physikalische Größe spielt wohl beim Laden eines Handys eine Rolle?
- Elektrischer Widerstand 1Auf einem Lineal wird ein Eisendraht befestigt. Der Einsendraht wird in Reihe mit einem Stromstärkemessgerät geschaltet, wobei ein Anschluss am Eisendraht auf verschiedene Längen am Lineal verstellt werden kann. Am Stromstärkemessgerät wird der Anschluss für hohe Stromstärken verwendet. Der Messbereich wird auf 100 mA gestellt.Die Spannungsquelle wird auf 2.5 V eingestellt. Anschließend wird die Stromstärke für verschiedene Längen gemessen: \[U=2.5\;\rm{V}\] \[ \begin{array}{|c|c|} \hline Länge& Stromstärke\\ \hline 0& ?\\ \hline \vdots& \vdots \\ \end{array} \] Wir wollen nun ein vollständiges Versuchsprotokoll anfertigen.
- Notiere zunächst eine Hypothese, was man wohl beobachten wird. Anschließend wird das Experiment durchgeführt.
- Fertige einen Schaltplan zu dem Aufbau an.
- Trage die Messwerte in einem Koordinatensystem auf (Länge -> Stromstärke).
- Formuliere eine Merksatz zu diesem Experiment:
"Je länger ein elektrischer Leiter, desto ... ." Erkennst du den Zusammenhang zwischen den Messwerten? - Nimm Stellung zu deiner Hypothese. War sie richtig?
- Leider ist eine Deutung auf Atomarer Ebene recht kompliziert. Versuche dich trotzdem an einer. Gehe dabei darauf ein, dass die elektrischen Ladungen beim Durchlaufen des Drahtes mit den Atomrümpfen im Draht zusammenstoßen.
- Elektrischer Widerstand 2Baue den folgenden Stromkreis auf:
Lasse die Spannung immer bei 7 V. Wechsel nacheinander die Drähte im Stromkreis. Miss jedes Mal die Stromstärke. Notiere die Messwerte in einer Tabelle. \[\begin{array}{|c|c|} \hline \text{Drahtdicke}& \text{Stromstärke}\\ \hline 0.5 mm&?\\ \hline \vdots& \vdots\\ \end{array} \]- Formuliere einen Satz: "Je ... desto ... ." Kannst du dir die Messergebnisse erklären?
- Was könnte der elektrische Widerstand eines Kabels sein? Gehe dabei auf die Stromstärke ein. Wovon hängt er ab?
Aufgaben
- Widerstand und Potentiometer
Zunächst wird an eine Lampe (max. 6 V) eine Spannugsquelle angeschlossen. Die Spannungsquelle wird auf 20 V gestellt. Die Glühlampe brennt durch.
Aus der Steckdose kommen immer 230 V. Wie kann man daran ein Gerät betreiben, ohne das es kaputt geht?
Wir bauen vor die Lampe einen Draht ein, dessen Länge wir verstellen können (siehe Abbildung). Diesen nennt man Potentiometer, Schiebewiderstand oder Drehwiderstand.
- Erkläre, warum die Lampe jetzt sicher bei 20 V betrieben werden kann?
- Welches Kabel würdest du jetzt zum Laden des Handys benutzen?
- Widerstand und PotentiometerZunächst wird an eine Lampe (max. 6 V) eine Spannugsquelle angeschlossen. Die Spannungsquelle wird auf 20 V gestellt. Die Glühlampe brennt durch.
Aus der Steckdose kommen immer 230 V. Wie kann man daran ein Gerät betreiben, ohne das es kaputt geht?
Wir bauen vor die Lampe einen Draht ein, dessen Länge wir verstellen können (siehe Abbildung). Diesen nennt man Potentiometer, Schiebewiderstand oder Drehwiderstand.
- Erkläre, warum die Lampe jetzt sicher bei 20 V betrieben werden kann?
- Welches Kabel würdest du jetzt zum Laden des Handys benutzen?