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Leistung bei der Parallelschaltung von Schaltern und Lampen
Aufgabe (
Einstiegsaufgaben
)
Ein Stromkreis enthält eine elektrische Quelle mit \(\left| {{U_0}} \right| = 6{,}0\,{\rm{V}}\) und drei gleichartige Glühlampen mit der Aufschrift…
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Einstiegsaufgaben
)
Ein Stromkreis enthält eine elektrische Quelle mit \(\left| {{U_0}} \right| = 6{,}0\,{\rm{V}}\) und drei gleichartige Glühlampen mit der Aufschrift…
Zur AufgabeRadfahrer in der Halfpipe mit Reibung
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Radfahrer: CC O via Wikimedia Commons Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze zur AufgabeEin BMX-Fahrer wagt den Sprung in die in Abb. 1…
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Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Radfahrer: CC O via Wikimedia Commons Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze zur AufgabeEin BMX-Fahrer wagt den Sprung in die in Abb. 1…
Zur AufgabeSatellit in der Erdumlaufbahn
Aufgabe (
Erarbeitungsaufgaben
)
Ein Satellit der Masse \(500\,\rm{kg}\) befindet sich auf einer Kreisbahn in \(400\,\rm{km}\) Höhe über der Erdoberfläche. …
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Erarbeitungsaufgaben
)
Ein Satellit der Masse \(500\,\rm{kg}\) befindet sich auf einer Kreisbahn in \(400\,\rm{km}\) Höhe über der Erdoberfläche. …
Zur AufgabeResonanzabsorption von Natrium (qualitativ)
Versuche
- Veranschaulichung der Folgen der Absorption von Photonen
- Demonstration diskreter Energieniveaus von Atomen
- Hinführung zum Absorptionsspektrum
Versuche
- Veranschaulichung der Folgen der Absorption von Photonen
- Demonstration diskreter Energieniveaus von Atomen
- Hinführung zum Absorptionsspektrum
Kreisbahn um die Erde
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC-BY-SA 2.0 Generic /Sir Isaac Newton Abb. 1 Newtons Zeichnung vom Zusammenhang zwischen Wurfbewegung und SatellitenbewegungUnsere Erfahrung…
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Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC-BY-SA 2.0 Generic /Sir Isaac Newton Abb. 1 Newtons Zeichnung vom Zusammenhang zwischen Wurfbewegung und SatellitenbewegungUnsere Erfahrung…
Zur AufgabeElektrische Kraft (2 Spezialfälle)
Grundwissen
- Die elektrische Kraft \(\vec F_{\rm{el}}\) auf eine Punktladung \(q\) im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener paralleler Platten (Flächeninhalt \(A\), Ladung \(Q\)) ist senkrecht zu den Plattenoberflächen gerichtet. Der Betrag \(F_{\rm{el}}\) dieser elektrischen Kraft berechnet sich durch \(F_{\rm{el}} = \frac{1}{\varepsilon _0} \cdot \frac{\left| Q \right| \cdot \left|q \right|}{A}\).
- Die elektrische Kraft \(\vec F_{\rm{C}}\) auf eine Punktladung \(q\) im Abstand \(r\) von einer ortsfesten Punktladung \(Q\) (COULOMB-Kraft) liegt auf der Verbindungsgeraden der beiden Ladungen. Der Betrag \(F_{\rm{C}}\) dieser COULOMB-Kraft berechnet sich durch \(F_{\rm{C}} = \frac{1}{4 \cdot \pi \cdot \varepsilon _0} \cdot \frac{\left|Q\right| \cdot \left|q\right|}{{{r^2}}}\).
- Dabei ist jeweils \(\varepsilon_0 = 8{,}854 \cdot {10^{-12}}\,\frac{\rm{A}\,\rm{s}}{\rm{V}\,\rm{m}}\) die elektrische Feldkonstante.
Grundwissen
- Die elektrische Kraft \(\vec F_{\rm{el}}\) auf eine Punktladung \(q\) im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener paralleler Platten (Flächeninhalt \(A\), Ladung \(Q\)) ist senkrecht zu den Plattenoberflächen gerichtet. Der Betrag \(F_{\rm{el}}\) dieser elektrischen Kraft berechnet sich durch \(F_{\rm{el}} = \frac{1}{\varepsilon _0} \cdot \frac{\left| Q \right| \cdot \left|q \right|}{A}\).
- Die elektrische Kraft \(\vec F_{\rm{C}}\) auf eine Punktladung \(q\) im Abstand \(r\) von einer ortsfesten Punktladung \(Q\) (COULOMB-Kraft) liegt auf der Verbindungsgeraden der beiden Ladungen. Der Betrag \(F_{\rm{C}}\) dieser COULOMB-Kraft berechnet sich durch \(F_{\rm{C}} = \frac{1}{4 \cdot \pi \cdot \varepsilon _0} \cdot \frac{\left|Q\right| \cdot \left|q\right|}{{{r^2}}}\).
- Dabei ist jeweils \(\varepsilon_0 = 8{,}854 \cdot {10^{-12}}\,\frac{\rm{A}\,\rm{s}}{\rm{V}\,\rm{m}}\) die elektrische Feldkonstante.
Elektrisches Feld und Feldliniendarstellung
Grundwissen
- Im Raum um eine Ladung herrscht ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld überträgt die Kraftwirkung dieser Ladung auf andere Ladungen.
- Die elektrische Feldstärke ist definiert als der Quotient aus der elektrischen Kraft \({\vec F_{\rm{el}}}\) auf eine Probeladung und der Probeladung \(q\): \(\vec E = \frac{{{{\vec F}_{\rm{el}}}}}{q}\).
- Für die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Raum um eine punktförmige Ladung \(Q\) gilt: Der Feldstärkevektor ist für eine positive Ladung radial von der Ladung weg und für eine negative Ladung radial zur Ladung hin orientiert, der Betrag ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands \(r\) und hat den Wert \(E = \frac{1}{4 \cdot \pi \cdot \varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{r^2}\).
- Die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten (Flächeninhalt \(A\), Ladung \(Q\)) ist konstant (homogenes elektrisches Feld). Der Feldstärkevektor steht senkrecht zu den Plattenoberflächen, ist von der positiv zur negativ geladenen Platte orientiert und hat den Betrag \(E = \frac{1}{\varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{A}\).
Grundwissen
- Im Raum um eine Ladung herrscht ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld überträgt die Kraftwirkung dieser Ladung auf andere Ladungen.
- Die elektrische Feldstärke ist definiert als der Quotient aus der elektrischen Kraft \({\vec F_{\rm{el}}}\) auf eine Probeladung und der Probeladung \(q\): \(\vec E = \frac{{{{\vec F}_{\rm{el}}}}}{q}\).
- Für die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Raum um eine punktförmige Ladung \(Q\) gilt: Der Feldstärkevektor ist für eine positive Ladung radial von der Ladung weg und für eine negative Ladung radial zur Ladung hin orientiert, der Betrag ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands \(r\) und hat den Wert \(E = \frac{1}{4 \cdot \pi \cdot \varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{r^2}\).
- Die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten (Flächeninhalt \(A\), Ladung \(Q\)) ist konstant (homogenes elektrisches Feld). Der Feldstärkevektor steht senkrecht zu den Plattenoberflächen, ist von der positiv zur negativ geladenen Platte orientiert und hat den Betrag \(E = \frac{1}{\varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{A}\).
Bogenschießen (CK-12-Simulation)
Versuche
- Informationen über die Flugbahn ablesen
- Abweichung der Flugbahn von einer geraden Linie bestimmen
- Problemlösung durch geometrische Betrachtungen einüben
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- Informationen über die Flugbahn ablesen
- Abweichung der Flugbahn von einer geraden Linie bestimmen
- Problemlösung durch geometrische Betrachtungen einüben
Kugeln einer Influenzmaschine
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Die Kugeln einer Influenzmaschine haben einen Durchmesser von \(2{,}00\,\rm{cm}\) und tragen die entgegengesetzte, aber betragsmäßig gleiche Ladung…
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Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Die Kugeln einer Influenzmaschine haben einen Durchmesser von \(2{,}00\,\rm{cm}\) und tragen die entgegengesetzte, aber betragsmäßig gleiche Ladung…
Zur AufgabeElektrische Kraft im radialsymmetrischen elektrischen Feld (COULOMB-Feld) - Formelumstellung
Aufgabe (
Einstiegsaufgaben
)
a) Zwei kleine Kugeln sind \(50\,\rm{cm}\) voneinander entfernt. Der Durchmesser der Kugeln kann gegenüber…
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Einstiegsaufgaben
)
a) Zwei kleine Kugeln sind \(50\,\rm{cm}\) voneinander entfernt. Der Durchmesser der Kugeln kann gegenüber…
Zur AufgabeSchwingende Ladung (Abitur SL 1996 LK A1-3.1-3.4)
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Abb. 1 Skizze zur AufgabeDie beiden punktförmigen Ladungen an den Orten A und B sind ortsfest und haben den gleichen positiven Wert \(Q\). In der…
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Übungsaufgaben
)
Abb. 1 Skizze zur AufgabeDie beiden punktförmigen Ladungen an den Orten A und B sind ortsfest und haben den gleichen positiven Wert \(Q\). In der…
Zur AufgabePfeil und Bogen (CK-12-Simulation)
Versuche
- Flächeninterpretation der Arbeit anwenden
- Einfluss von Elastizität und Auslenkung eines Bogens auf die Spannenergie untersuchen
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- Flächeninterpretation der Arbeit anwenden
- Einfluss von Elastizität und Auslenkung eines Bogens auf die Spannenergie untersuchen
Potenzial und Spannung im homogenen elektrischen Feld
Aufgabe (
Einstiegsaufgaben
)
Abb. 1 Skizze zur AufgabeZwei parallel zueinander stehende Platten mit Flächeninhalt \(A = 0{,}1129\,\rm{m}^2\) und Plattenabstand \(d =…
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Einstiegsaufgaben
)
Abb. 1 Skizze zur AufgabeZwei parallel zueinander stehende Platten mit Flächeninhalt \(A = 0{,}1129\,\rm{m}^2\) und Plattenabstand \(d =…
Zur AufgabeArbeit und potenzielle Energie im homogenen elektrischen Feld
Aufgabe (
Einstiegsaufgaben
)
Abb. 1 Skizze zur AufgabeZwei parallel zueinander stehende Platten mit Flächeninhalt \(A = 0{,}1129\,\rm{m}^2\) und Plattenabstand \(d =…
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Einstiegsaufgaben
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Abb. 1 Skizze zur AufgabeZwei parallel zueinander stehende Platten mit Flächeninhalt \(A = 0{,}1129\,\rm{m}^2\) und Plattenabstand \(d =…
Zur AufgabeHomogenes elektrisches Feld
Grundwissen
- Hat die elektrische Feldstärke \(\vec E\) in einem Raumgebiet immer die gleiche Richtung, die gleiche Orientierung und den gleichen Betrag, so sprechen wir von einem homogenen elektrischen Feld in diesem Raumgebiet.
- Wichtigstes Beispiel für ein homogenes elektrisches Feld ist das Feld im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten.
Grundwissen
- Hat die elektrische Feldstärke \(\vec E\) in einem Raumgebiet immer die gleiche Richtung, die gleiche Orientierung und den gleichen Betrag, so sprechen wir von einem homogenen elektrischen Feld in diesem Raumgebiet.
- Wichtigstes Beispiel für ein homogenes elektrisches Feld ist das Feld im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten.
Versuche
Entgegengesetzt geladene Platten
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Zwei Kondensatorplatten mit einer Fläche von jeweils \(0{,}25\,{\rm{m}}^2\) stehen sich im Abstand von \(0{,}20\,\rm{mm}\) gegenüber. An die Platten…
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Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Zwei Kondensatorplatten mit einer Fläche von jeweils \(0{,}25\,{\rm{m}}^2\) stehen sich im Abstand von \(0{,}20\,\rm{mm}\) gegenüber. An die Platten…
Zur AufgabeLadung der Erde
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Messungen zeigen, dass die Erdkugel als ganzes negativ geladen ist. Die resultierende Feldstärke, die man an der Erdoberfläche misst, beträgt im…
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Übungsaufgaben
)
Messungen zeigen, dass die Erdkugel als ganzes negativ geladen ist. Die resultierende Feldstärke, die man an der Erdoberfläche misst, beträgt im…
Zur AufgabePotenzial
Grundwissen
- Jedem Punkt \(\rm{P}\) eines elektrischen Feldes kann ein Potenzial \(\varphi_{\rm{P}_0} \left( \rm{P} \right)=\frac{{{E_{{\rm{pot}}{\rm{,}}{{\rm{P}}_0}}}\left( {\rm{P}} \right)}}{q}\) zugeordnet werden. Dieses Potenzial ist von der Größe und der Anordnung der felderzeugenden Ladung \(Q\) und der Wahl eines Bezugspunktes \(\rm{P}_0\) abhängig.
- Im COULOMB-Feld wählt man den Bezugspunkt des Potenzials unendlich weit von der felderzeugenden Ladung entfernt. Dann hat das Potenzial im Abstand \(r\) von der felderzeugenden Ladung den Wert \( {\varphi \left( r \right)} = \frac{1}{{4 \cdot \pi \cdot {\varepsilon _0}}} \cdot Q \cdot \frac{1}{r}\).
- Im homogenen elektrischen Feld (z.B. im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten) wählt man als Bezugspunkt des Potenzials die Oberfläche der negativ geladenen Platte. Dann hat das Potenzial im Abstand \(x\) von der negativ geladenen Platte den Wert \(\varphi \left( x \right) = E \cdot x\) bzw. \(\varphi \left( x \right) = \frac{1}{{{\varepsilon_0}}} \cdot \frac{{\left| Q \right|}}{A} \cdot x\).
Grundwissen
- Jedem Punkt \(\rm{P}\) eines elektrischen Feldes kann ein Potenzial \(\varphi_{\rm{P}_0} \left( \rm{P} \right)=\frac{{{E_{{\rm{pot}}{\rm{,}}{{\rm{P}}_0}}}\left( {\rm{P}} \right)}}{q}\) zugeordnet werden. Dieses Potenzial ist von der Größe und der Anordnung der felderzeugenden Ladung \(Q\) und der Wahl eines Bezugspunktes \(\rm{P}_0\) abhängig.
- Im COULOMB-Feld wählt man den Bezugspunkt des Potenzials unendlich weit von der felderzeugenden Ladung entfernt. Dann hat das Potenzial im Abstand \(r\) von der felderzeugenden Ladung den Wert \( {\varphi \left( r \right)} = \frac{1}{{4 \cdot \pi \cdot {\varepsilon _0}}} \cdot Q \cdot \frac{1}{r}\).
- Im homogenen elektrischen Feld (z.B. im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten) wählt man als Bezugspunkt des Potenzials die Oberfläche der negativ geladenen Platte. Dann hat das Potenzial im Abstand \(x\) von der negativ geladenen Platte den Wert \(\varphi \left( x \right) = E \cdot x\) bzw. \(\varphi \left( x \right) = \frac{1}{{{\varepsilon_0}}} \cdot \frac{{\left| Q \right|}}{A} \cdot x\).
Übersicht über die Strömungslehre
Grundwissen
- Die Strömungslehre beschäftigt sich mit der Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen.
- Dabei unterscheidet man die Bewegung von Flüssigkeiten (Hydrodynamik) und die von Gasen (Aerodynamik).
- Die Strömungslehre hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Alltag.
Grundwissen
- Die Strömungslehre beschäftigt sich mit der Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen.
- Dabei unterscheidet man die Bewegung von Flüssigkeiten (Hydrodynamik) und die von Gasen (Aerodynamik).
- Die Strömungslehre hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Alltag.
Kapazität des Plattenkondensators
Grundwissen
- Die Kapazität eines Plattenkondensators (Flächeninhalt der (gleichgroßen) Platten \(A\), Plattenabstand \(d\), Dielektrikum mit relativer Dielektrizitätskonstante \({\varepsilon _r}\)) berechnet sich durch \(C = {\varepsilon _0} \cdot {\varepsilon _r} \cdot \frac{A}{d}\).
Grundwissen
- Die Kapazität eines Plattenkondensators (Flächeninhalt der (gleichgroßen) Platten \(A\), Plattenabstand \(d\), Dielektrikum mit relativer Dielektrizitätskonstante \({\varepsilon _r}\)) berechnet sich durch \(C = {\varepsilon _0} \cdot {\varepsilon _r} \cdot \frac{A}{d}\).
Kondensator und Kapazität
Grundwissen
- Ein Kondensator ist eine Anordnung von zwei Leitern, zwischen denen sich ein isolierendes Material, ein sogenanntes Dielektrikum befindet.
- Legt man über die beiden Leiter eine Spannung an, dann befinden sich nach einiger Zeit auf den Leitern entgegengesetzte, betraglich gleich große Ladungen.
- Der Ladungsbetrag \(Q\), der sich auf dem Kondensator befindet, ist proportional zur Spannung \(U\), die über dem Kondensator anliegt: \(Q=C \cdot U\). Den Proportionalitätsfaktor \(C\) bezeichnet man als Kapazität des Kondensators.
Grundwissen
- Ein Kondensator ist eine Anordnung von zwei Leitern, zwischen denen sich ein isolierendes Material, ein sogenanntes Dielektrikum befindet.
- Legt man über die beiden Leiter eine Spannung an, dann befinden sich nach einiger Zeit auf den Leitern entgegengesetzte, betraglich gleich große Ladungen.
- Der Ladungsbetrag \(Q\), der sich auf dem Kondensator befindet, ist proportional zur Spannung \(U\), die über dem Kondensator anliegt: \(Q=C \cdot U\). Den Proportionalitätsfaktor \(C\) bezeichnet man als Kapazität des Kondensators.
Spannung und Ladung beim Kondensator
Versuche
- Mit diesem Versuch soll der Zusammenhang zwischen der Spannung, die über einem Kondensator anliegt und der Ladung, die sich auf dem Kondensator befindet, untersucht werden.
Versuche
- Mit diesem Versuch soll der Zusammenhang zwischen der Spannung, die über einem Kondensator anliegt und der Ladung, die sich auf dem Kondensator befindet, untersucht werden.