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Aufgabe

Stirnlampe

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Flexon plant eine Bergtour. Da es sehr früh los gehen soll, benötigt Flexon eine Stirnlampe. Wird die Lampe lang genug leuchten? Flexon weiß, dass durch das Lämpchen \(300\,\rm{mA}\) fließen und die Batterie eine Ladung von \(1{,}5\,\rm{Ah}\) hat.

a)Berechne, wie lange die Lampe leuchten wird.

b)Berechne, wie viele Elektronen in dieser Zeit durch eine Testfläche im Stromkreis bewegt werden.

c)Nehme an, dass du die Elektronen einzeln zählen könntest.

Schätze ab, wie lange die Erdbevölkerung hierfür brauchen würde, wenn jeder Erdenbewohner in der Sekunde 3 Elektronen zählen könnte.

Hinweis: Informiere dich im Internet über die ungefähre Zahl der auf der Erde lebenden Menschen. Gib dazu in eine Suchmaschine z.B. das Stichwort "Weltbevölkerung" ein.

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a)\[I = \frac{{\Delta Q}}{{\Delta t}}\quad \Rightarrow \quad \Delta t = \frac{{\Delta Q}}{I}\quad \Rightarrow \quad \Delta t = \frac{{1,5}}{{0,300}}\frac{{{\rm{Ah}}}}{{\rm{A}}} = 5,0{\rm{h}}\]Die Stirnlampe hätte eine Betriebsdauer von ca. 5Stunden.

b)\[N = \frac{{\Delta Q}}{e}\quad \Rightarrow \quad N = \frac{{1,5 \cdot 3600}}{{1,60 \cdot {{10}^{ - 19}}}}\frac{{{\rm{As}}}}{{{\rm{As}}}} = 3,4 \cdot {10^{22}}\]

c)Die Zahl der Erdbewohner war beim Erstellen dieser Seite ca. \(N_{\rm{EB}}=7{,}6\,\text{Milliarden}\). Also muss jeder Erdbewohner N* Elektronen zählen:\[N^{*} = \frac{N}{{{N_{\rm{EB}}}}}\quad \Rightarrow \quad N^{*} = \frac{{3{,}4 \cdot {{10}^{22}}}}{{7{,}6 \cdot {{10}^9}}} = 4{,}5 \cdot {10^{12}}\]Wenn jeder Mensch in der Sekunde 3 Elektronen zählen kann, so schafft er im Jahr, wenn er ohne Pause zählen würde: \(3\cdot 3600\cdot 24\cdot 365 = 9{,}5\cdot 10^{7}\) Elektronen. Die Zeit \(t\) ergibt sich aus \[t=\frac{4{,}5\cdot 10^{12}}{9{,}5\cdot 10^7}\,\rm{a}=47400\,\rm{a}\] Jeder Mensch müsste also ca. 47400 Jahre zählen.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Elektrizitätslehre

Elektrische Grundgrößen