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Chemische Wirkung des elektrischen Stroms
Grundwissen
- Mit Hilfe von elektrischem Strom können einige Stoffe zersetzt oder in andere Stoffe umgesetzt werden.
- Die Elektrolyse von Wasser und das Galvanisieren sind zwei technische Anwendungen für die chemische Wirkung von Strom.
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- Mit Hilfe von elektrischem Strom können einige Stoffe zersetzt oder in andere Stoffe umgesetzt werden.
- Die Elektrolyse von Wasser und das Galvanisieren sind zwei technische Anwendungen für die chemische Wirkung von Strom.
Leuchtwirkung des elektrischen Stroms
Grundwissen
- Die Leuchtwirkung von elektrischem Strom wird im Alltag an vielen Stellen deutlich.
- Es gibt viele unterschiedliche Lampentypen: Glühlampen, Halogenlampen, Leuchtstoffröhren und LEDs
- LEDs und Leuchtstoffröhren wandeln einen größeren Teil der Energie in Licht um als Glühlampen.
Grundwissen
- Die Leuchtwirkung von elektrischem Strom wird im Alltag an vielen Stellen deutlich.
- Es gibt viele unterschiedliche Lampentypen: Glühlampen, Halogenlampen, Leuchtstoffröhren und LEDs
- LEDs und Leuchtstoffröhren wandeln einen größeren Teil der Energie in Licht um als Glühlampen.
Potentielle Energie im homogenen Feld
Grundwissen
- Bewegt sich eine Ladung im homogenen E-Feld in Richtung oder entgegen der Richtung der Feldlinien, so ändert sich die potentielle Energie der Ladung.
- Allgemein ist die Änderung der potentiellen Energie gleich der negativen Feldarbeit, also \(\Delta {E_{\rm{pot}}} = - {W_{\rm{Feld}}}\).
- Die Nulllage der potentiellen Energie wird meist auf die negative Platte gelegt.
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- Bewegt sich eine Ladung im homogenen E-Feld in Richtung oder entgegen der Richtung der Feldlinien, so ändert sich die potentielle Energie der Ladung.
- Allgemein ist die Änderung der potentiellen Energie gleich der negativen Feldarbeit, also \(\Delta {E_{\rm{pot}}} = - {W_{\rm{Feld}}}\).
- Die Nulllage der potentiellen Energie wird meist auf die negative Platte gelegt.
Magnetfeld eines geraden Leiters
Grundwissen
- Das Magnetfeld um einen geraden Leiter verläuft in konzentrischen Kreisen um den Leiter.
- Richtung und Stärke des Magnetfeldes werden u.a. von Stromstärke und Stromrichtung im Leiter bestimmt.
- Die Richtung und die Orientierung des Magnetfeldes kannst du mit der Rechten-Faust-Regel ermitteln.
Grundwissen
- Das Magnetfeld um einen geraden Leiter verläuft in konzentrischen Kreisen um den Leiter.
- Richtung und Stärke des Magnetfeldes werden u.a. von Stromstärke und Stromrichtung im Leiter bestimmt.
- Die Richtung und die Orientierung des Magnetfeldes kannst du mit der Rechten-Faust-Regel ermitteln.
Magnetfeld einer Zylinderspule
Grundwissen
- Das Magnetfeld im Innenraum einer langgestreckten Spule ist annähernd homogen.
- Für die magnetische Feldstärke (magnetische Flussdichte) in einer luftgefüllten Spule gilt \(B = {\mu _0} \cdot \frac{{I \cdot N}}{l}\).
- Die magnetische Feldstärke kann mithilfe ferromagnetischer Stoffe im Innenraum um den materialabhängigen Faktor \(\mu_r\) verstärkt werden.
Grundwissen
- Das Magnetfeld im Innenraum einer langgestreckten Spule ist annähernd homogen.
- Für die magnetische Feldstärke (magnetische Flussdichte) in einer luftgefüllten Spule gilt \(B = {\mu _0} \cdot \frac{{I \cdot N}}{l}\).
- Die magnetische Feldstärke kann mithilfe ferromagnetischer Stoffe im Innenraum um den materialabhängigen Faktor \(\mu_r\) verstärkt werden.
Magnetfeld und Feldlinien
Grundwissen
- Das Magnetfeld ist der Wirkungsbereich eines Magneten. Es beschreibt seine Kraftwirkung auf einen anderen Magneten.
- Magnetfelder können mit Feldlinienbildern dargestellt werden.
- Magnetische Feldlinien verlaufen außerhalb des Magneten vom Nord- zum Südpol und schneiden sich nicht.
- Die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben. Am geografischen Nordpol ist der magnetische Südpol.
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- Das Magnetfeld ist der Wirkungsbereich eines Magneten. Es beschreibt seine Kraftwirkung auf einen anderen Magneten.
- Magnetfelder können mit Feldlinienbildern dargestellt werden.
- Magnetische Feldlinien verlaufen außerhalb des Magneten vom Nord- zum Südpol und schneiden sich nicht.
- Die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben. Am geografischen Nordpol ist der magnetische Südpol.
Spezifische Wärmekapazität
Grundwissen
- Die spezifische Wärmekapazität ist eine Materialkonstante.
- Die spezifische Wärmekapazitätist ein Maß für diejenige Energie, die man benötigt, um \(1\,\rm{kg}\) eines Stoffes um \(1\,\rm{K}\) zu erwärmen.
Grundwissen
- Die spezifische Wärmekapazität ist eine Materialkonstante.
- Die spezifische Wärmekapazitätist ein Maß für diejenige Energie, die man benötigt, um \(1\,\rm{kg}\) eines Stoffes um \(1\,\rm{K}\) zu erwärmen.
Spezifische Schmelz- und Verdampfungswärme
Grundwissen
- Wenn die Bindungen der Teilchen bei einem Übergang loser wird, muss Energie hinzugefügt werden (fest->flüssig, flüssig->gasförmig, fest->gasförmig).
- Wenn die Bindungen der Teilchen bei einem Übergang fester wird, wird Energie frei (gasförmig->flüssig, flüssig->fest, gasförmig->fest).
- Die spezifische Schmelz- bzw. Verdampfungswärme ist eine Materialkonstante, die häufig in \(\rm{\frac{J}{kg}}\) angegeben wird.
Grundwissen
- Wenn die Bindungen der Teilchen bei einem Übergang loser wird, muss Energie hinzugefügt werden (fest->flüssig, flüssig->gasförmig, fest->gasförmig).
- Wenn die Bindungen der Teilchen bei einem Übergang fester wird, wird Energie frei (gasförmig->flüssig, flüssig->fest, gasförmig->fest).
- Die spezifische Schmelz- bzw. Verdampfungswärme ist eine Materialkonstante, die häufig in \(\rm{\frac{J}{kg}}\) angegeben wird.
Wärmekraftmaschine, Kältemaschine und Wärmepumpe
Grundwissen
- Wärmekraftmaschinen (z.B. Dampfmaschine oder Benzinmotor) nutzen Temperaturdifferenzen aus, um hiermit Arbeit \(W\) zu verrichten.
- Dabei fließt eine Wärmemenge \(Q\) von einem Reservoir höherer Temperatur in ein Gebiet mit niedrigerer Temperatur.
- Kältemaschinen (z.B. Kühlschrank) und Wärmepumpen verrichten Arbeit \(W\), um eine Wärmemenge \(Q\) von niedrigem auf ein höheres Energieniveau zu transportieren.
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- Wärmekraftmaschinen (z.B. Dampfmaschine oder Benzinmotor) nutzen Temperaturdifferenzen aus, um hiermit Arbeit \(W\) zu verrichten.
- Dabei fließt eine Wärmemenge \(Q\) von einem Reservoir höherer Temperatur in ein Gebiet mit niedrigerer Temperatur.
- Kältemaschinen (z.B. Kühlschrank) und Wärmepumpen verrichten Arbeit \(W\), um eine Wärmemenge \(Q\) von niedrigem auf ein höheres Energieniveau zu transportieren.
Strahlungshaushalt der Erde
Grundwissen
- Als Mittelwert für die Energieeinstrahlung durch die Sonne gelten \(341\,\rm{\frac{W}{m^2}}\), also etwa ein Viertel der Solarkonstanten \(S_0\)
- Insgesamt ist der Strahlungshaushalt immer in etwa ausgeglichen: Die eingestrahlte Energie entspricht in etwa der abgestrahlten Energie.
- Beim Strahlungshaushalt der Erde müssen viele Variablen berücksichtigt werden, Darstellungen sind daher immer vereinfacht.
Grundwissen
- Als Mittelwert für die Energieeinstrahlung durch die Sonne gelten \(341\,\rm{\frac{W}{m^2}}\), also etwa ein Viertel der Solarkonstanten \(S_0\)
- Insgesamt ist der Strahlungshaushalt immer in etwa ausgeglichen: Die eingestrahlte Energie entspricht in etwa der abgestrahlten Energie.
- Beim Strahlungshaushalt der Erde müssen viele Variablen berücksichtigt werden, Darstellungen sind daher immer vereinfacht.
Größen zur Beschreibung von Induktionsvorgängen
Grundwissen
- Bei unseren Versuchen und Aufgaben zur Induktion ist das magnetische Feld stets homogen und kann durch einen einzigen Feldvektor \(\vec B\) beschrieben werden.
- Bei unseren Versuchen und Aufgaben zur Induktion ist die Leiterschleife stets eben und kann durch einen einzigen Flächenvektor \(\vec A\) beschrieben werden. \(\vec A\) beschreibt dabei die (Teil-)Fläche der Leiterschleife, die sich im magnetischen Feld befindet.
- Bei Induktionsvorgängen ist \(\varphi\) die Weite des Winkels zwischen dem Feldvektor \(\vec B\) und dem Flächenvektor \(\vec A\).
Grundwissen
- Bei unseren Versuchen und Aufgaben zur Induktion ist das magnetische Feld stets homogen und kann durch einen einzigen Feldvektor \(\vec B\) beschrieben werden.
- Bei unseren Versuchen und Aufgaben zur Induktion ist die Leiterschleife stets eben und kann durch einen einzigen Flächenvektor \(\vec A\) beschrieben werden. \(\vec A\) beschreibt dabei die (Teil-)Fläche der Leiterschleife, die sich im magnetischen Feld befindet.
- Bei Induktionsvorgängen ist \(\varphi\) die Weite des Winkels zwischen dem Feldvektor \(\vec B\) und dem Flächenvektor \(\vec A\).
Elektromagnetischer Schwingkreis ungedämpft
Grundwissen
- Ein Schwingkreis besteht zentral aus einem Kondensator mit Kapazität \(C\), der zu Beginn mittels elektrischer Quelle auf \(U_0\) aufgeladen wird, und einer Spule der Induktivität \(L\).
- Im ungedämpften Fall schwingt der Kreis harmonisch mit der Schwingungsdauer \(T = 2 \cdot \pi \cdot \sqrt {L \cdot C}\)
- Die Spannung über dem Kondensator wird beschrieben durch \(U_C(t) = \left| {{U_0}} \right| \cdot \cos \left( {{\omega _0} \cdot t} \right)\quad {\rm{mit}}\quad{\omega _0} = \sqrt {\frac{1}{L \cdot C}}\)
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- Ein Schwingkreis besteht zentral aus einem Kondensator mit Kapazität \(C\), der zu Beginn mittels elektrischer Quelle auf \(U_0\) aufgeladen wird, und einer Spule der Induktivität \(L\).
- Im ungedämpften Fall schwingt der Kreis harmonisch mit der Schwingungsdauer \(T = 2 \cdot \pi \cdot \sqrt {L \cdot C}\)
- Die Spannung über dem Kondensator wird beschrieben durch \(U_C(t) = \left| {{U_0}} \right| \cdot \cos \left( {{\omega _0} \cdot t} \right)\quad {\rm{mit}}\quad{\omega _0} = \sqrt {\frac{1}{L \cdot C}}\)
Elektromagnetischer Schwingkreis gedämpft
Grundwissen
- Der Widerstand der Bauteile in einem Schwingkreis führt zur Dämpfung der Schwingung.
- Die Differentialgleichung der gedämpften elektromagnetischen Schwingung ist \(L \cdot \ddot Q + \frac{Q}{C} + R \cdot \dot Q = 0\).
Grundwissen
- Der Widerstand der Bauteile in einem Schwingkreis führt zur Dämpfung der Schwingung.
- Die Differentialgleichung der gedämpften elektromagnetischen Schwingung ist \(L \cdot \ddot Q + \frac{Q}{C} + R \cdot \dot Q = 0\).
Elektromagnetischer Schwingkreis angeregt
Grundwissen
- Einem angeregten elektromagnetischen Schwingkreis wird eine äußere Spannung \(U(t)\) aufgeprägt.
- Die Differentialgleichung lautet \(U(t) = L \cdot \ddot Q + \frac{Q}{C} + R \cdot \dot Q\)
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- Einem angeregten elektromagnetischen Schwingkreis wird eine äußere Spannung \(U(t)\) aufgeprägt.
- Die Differentialgleichung lautet \(U(t) = L \cdot \ddot Q + \frac{Q}{C} + R \cdot \dot Q\)
Einfache Stromkreise
Grundwissen
- Es gibt viele verschieden Arten Stromkreise zu schalten.
- Bei UND-Schaltungen müssen für einen Stromfluss alle Schalter geschlossen sein.
- Bei ODER-Schaltungen muss für einen Stromfluss nur ein Schalter geschlossen sein.
Grundwissen
- Es gibt viele verschieden Arten Stromkreise zu schalten.
- Bei UND-Schaltungen müssen für einen Stromfluss alle Schalter geschlossen sein.
- Bei ODER-Schaltungen muss für einen Stromfluss nur ein Schalter geschlossen sein.
Kraft zwischen Magnetpolen
Grundwissen
- Gleichartige Pole stoßen sich ab, verschiedenartige Pole ziehen sich an.
- Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft wächst mit der "Stärke" der Magnetpole.
- Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft sinkt mit der Vergrößerung des Abstands zwischen den Magnetpolen.
Grundwissen
- Gleichartige Pole stoßen sich ab, verschiedenartige Pole ziehen sich an.
- Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft wächst mit der "Stärke" der Magnetpole.
- Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft sinkt mit der Vergrößerung des Abstands zwischen den Magnetpolen.
Kraft zwischen elektrischen Ladungen
Grundwissen
- Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige Ladungen ziehen sich an.
- Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft wächst mit der "Größe" der Ladungen.
- Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft sinkt mit der Vergrößerung des Abstands zwischen den Ladungen.
Grundwissen
- Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige Ladungen ziehen sich an.
- Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft wächst mit der "Größe" der Ladungen.
- Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft sinkt mit der Vergrößerung des Abstands zwischen den Ladungen.
HALL-Effekt
Grundwissen
- Befindet sich ein stromdurchflossener Leiter in einem homogenen Magnetfeld, dann baut sich senkrecht sowohl zur Stromfluss- als auch zur Magnetfeldrichtung über dem Leiter eine Spannung, die sogenannte HALL-Spannung \(U_{\rm{H}}\) auf.
- Ist \(I\) die Stärke des Stroms durch den Leiter, \(B\) die magnetische Feldstärke und \(d\) die Dicke des Leiters parallel zu \(\vec B\), dann berechnet sich die HALL-Spannung durch \({U_{\rm{H}}} = {R_{\rm{H}}} \cdot \frac{{I \cdot B}}{d}\) mit der vom Material des Leiters abhängigen HALL-Konstanten \({R_{\rm{H}}}\).
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- Befindet sich ein stromdurchflossener Leiter in einem homogenen Magnetfeld, dann baut sich senkrecht sowohl zur Stromfluss- als auch zur Magnetfeldrichtung über dem Leiter eine Spannung, die sogenannte HALL-Spannung \(U_{\rm{H}}\) auf.
- Ist \(I\) die Stärke des Stroms durch den Leiter, \(B\) die magnetische Feldstärke und \(d\) die Dicke des Leiters parallel zu \(\vec B\), dann berechnet sich die HALL-Spannung durch \({U_{\rm{H}}} = {R_{\rm{H}}} \cdot \frac{{I \cdot B}}{d}\) mit der vom Material des Leiters abhängigen HALL-Konstanten \({R_{\rm{H}}}\).
Geladene Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern
Grundwissen
- Hier findest du vermischte Aufgaben zu allen Themen aus diesem Themenbereich
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Elektromotor
Grundwissen
- Ein Elektromotor wandelt elektrische in mechanische Energie um.
- Meist besteht eine Elektromotor aus einem äußeren, von den Statoren verursachten Magnetfeld, in dem sich ein Elektromagnet (Rotor) dreht.
- Die Abstoßung gleichnamiger bzw. die Anziehung ungleichnamiger Magnetpole sorgt für die Bewegung des Rotors.
- Der Kommutator sorgt für eine Umpolung des Rotors. Nur so bewegt sich der Motor kontinuierlich.
Grundwissen
- Ein Elektromotor wandelt elektrische in mechanische Energie um.
- Meist besteht eine Elektromotor aus einem äußeren, von den Statoren verursachten Magnetfeld, in dem sich ein Elektromagnet (Rotor) dreht.
- Die Abstoßung gleichnamiger bzw. die Anziehung ungleichnamiger Magnetpole sorgt für die Bewegung des Rotors.
- Der Kommutator sorgt für eine Umpolung des Rotors. Nur so bewegt sich der Motor kontinuierlich.
Ferromagnetismus
Grundwissen
- In ferromagnetischen Stoffen gibt es sog. WEISSsche Bezirke.
- Ist das Material unmagnetisiert, so sind die WEISSschen Bezirke regellos ausgerichtet.
- In einem äußeren Magnetfeld richten sich die WEISSschen Bezirke parallel zum äußeren Feld aus und verstärken dieses.
Grundwissen
- In ferromagnetischen Stoffen gibt es sog. WEISSsche Bezirke.
- Ist das Material unmagnetisiert, so sind die WEISSschen Bezirke regellos ausgerichtet.
- In einem äußeren Magnetfeld richten sich die WEISSschen Bezirke parallel zum äußeren Feld aus und verstärken dieses.
Stromkreiselemente
Grundwissen
- Damit eine Lampe leuchtet, muss immer ein geschlossener Stromkreis vorliegen.
- Kabel dienen als Verlängerungen und ermöglichen einen einfachen Aufbau.
- Mit Schaltern kann der Stromkreis geöffnet und geschlossen werden.
- Sicherungen schützen die Bauteile im Stromkreis vor zu großen Strömen.
Grundwissen
- Damit eine Lampe leuchtet, muss immer ein geschlossener Stromkreis vorliegen.
- Kabel dienen als Verlängerungen und ermöglichen einen einfachen Aufbau.
- Mit Schaltern kann der Stromkreis geöffnet und geschlossen werden.
- Sicherungen schützen die Bauteile im Stromkreis vor zu großen Strömen.
Geschwindigkeitsaddition
Grundwissen
- Ist \(u\) die Geschwindigkeit eines Körpers im System S und \(v\) die Geschwindigkeit des Systems S' in Bezug auf S und \(u'\) die Geschwindigkeit des Körpers im System S', dann gilt der Zusammenhang \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).
Grundwissen
- Ist \(u\) die Geschwindigkeit eines Körpers im System S und \(v\) die Geschwindigkeit des Systems S' in Bezug auf S und \(u'\) die Geschwindigkeit des Körpers im System S', dann gilt der Zusammenhang \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).
OHMsches Gesetz - Formelumstellung (Animation)
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Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen der Formel für das OHMsche Gesetz nach den drei in der Formel auftretenden Größen.
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Zum DownloadKapazität eines Plattenkondensators (Simulation)
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Die Simulation wird zur Verfügung gestellt von: PhET Interactive Simulations University of Colorado Boulder https://phet.colorado.edu Informationen…
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Zum DownloadParallelschaltung von Widerständen - Formelumstellung (Animation)
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Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen der Gleichung \(\frac{1}{{{R_{{\rm{ges}}}}}} = \frac{1}{{{R_1}}} + \frac{1}{{{R_2}}}\) nach den drei in…
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Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen der Gleichung \(\frac{1}{{{R_{{\rm{ges}}}}}} = \frac{1}{{{R_1}}} + \frac{1}{{{R_2}}}\) nach den drei in…
Zum DownloadReihenschaltung von Widerständen - Formelumstellung (Animation)
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Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen der Gleichung \({{R_{{\rm{ges}}}} = {R_1} + {R_2}}\) nach den drei in der Formel auftretenden Größen.
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Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen der Formel \(I = G \cdot U\) nach den drei in der Formel auftretenden Größen.
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Zum DownloadCOULOMB-Gesetz (Simulation)
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Zum DownloadParallelschaltung von Widerständen
Grundwissen
- Für den Gesamtwiderstand \(R_{12}\) zweier parallel geschalteter Widerstände \(R_1\) und \(R_2\) gilt: \(\frac{1}{R_{12}}=\frac{1}{R_1} +\frac{1}{R_2}\)
- Der Gesamtwiderstands einer Parallelschaltung ist stets kleiner als der kleinste Einzelwiderstand eines Astes.
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- Für den Gesamtwiderstand \(R_{12}\) zweier parallel geschalteter Widerstände \(R_1\) und \(R_2\) gilt: \(\frac{1}{R_{12}}=\frac{1}{R_1} +\frac{1}{R_2}\)
- Der Gesamtwiderstands einer Parallelschaltung ist stets kleiner als der kleinste Einzelwiderstand eines Astes.