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Gefahr durch Strom und Körperwiderstand

Grundwissen

  • Strom kann für den Menschen schon ab ca. \(30\,\rm{mA}\) tödlich sein.
  • Wechselstrom ist gefährlicher als Gleichstrom.
  • Der Körperwiderstand liegt mit Übergangswiderständen der Haut im Bereich von \(1\)-\(5\,\rm{k}\Omega\), je nach Weg durch den Körper.

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  • Strom kann für den Menschen schon ab ca. \(30\,\rm{mA}\) tödlich sein.
  • Wechselstrom ist gefährlicher als Gleichstrom.
  • Der Körperwiderstand liegt mit Übergangswiderständen der Haut im Bereich von \(1\)-\(5\,\rm{k}\Omega\), je nach Weg durch den Körper.

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20 Jahre LEIFIphysik: Physikunterricht zum Wettbewerb

Grundwissen

Der LEIFIphysik-Fotowettbewerb ist eine gute Gelegenheit, um über Physik in der Welt um uns herum zu sprechen und diese im Rahmen eines physikalischen Spaziergangs zu entdecken. Das geht auch direkt im Physikunterricht. Auf dieser Seite findet sich ein Vorschlag zum Ablauf.

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Der LEIFIphysik-Fotowettbewerb ist eine gute Gelegenheit, um über Physik in der Welt um uns herum zu sprechen und diese im Rahmen eines physikalischen Spaziergangs zu entdecken. Das geht auch direkt im Physikunterricht. Auf dieser Seite findet sich ein Vorschlag zum Ablauf.

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Elektrizität und Ladung

Grundwissen

  • Es gibt zwei unterschiedliche Ladungsarten: positive und negative Ladung.
  • Gleichnamige Ladungen stoßen sich gegenseitig ab, ungleichnamige ziehen sich an.
  • Ladungen sind die Ursache dafür, dass sich Gegenstände anziehen und abstoßen können.
  • Eine Folge der Kraftwirkung zwischen Ladungen ist die Influenz.

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  • Es gibt zwei unterschiedliche Ladungsarten: positive und negative Ladung.
  • Gleichnamige Ladungen stoßen sich gegenseitig ab, ungleichnamige ziehen sich an.
  • Ladungen sind die Ursache dafür, dass sich Gegenstände anziehen und abstoßen können.
  • Eine Folge der Kraftwirkung zwischen Ladungen ist die Influenz.

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Auftreten von Induktion

Grundwissen

  • Ändert sich das Magnetfeld, dass eine Spule durchsetzt, so wird in der Spule eine Induktionsspannung induziert.
  • Je größer die Änderung des Magnetfeldes, desto größer die Induktionsspannung.
  • Je schneller die Änderung des Magnetfeldes, desto größer die Induktionsspannung.

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  • Ändert sich das Magnetfeld, dass eine Spule durchsetzt, so wird in der Spule eine Induktionsspannung induziert.
  • Je größer die Änderung des Magnetfeldes, desto größer die Induktionsspannung.
  • Je schneller die Änderung des Magnetfeldes, desto größer die Induktionsspannung.

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Zusammenhang von Induktion und LORENTZ-Kraft

Grundwissen

  • Das Auftreten von Induktionsspannungen kann mithilfe der LORENTZ-Kraft erklärt werden
  • Ladungstrennung aufgrund von Bewegung von Ladung im Magnetfeld wird als Induktionsspannung messbar
  • Wenn sich die vom Magnetfeld durchsetzte Fläche eines Leiterrahmens ändert, wird eine Induktionsspannung messbar

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  • Das Auftreten von Induktionsspannungen kann mithilfe der LORENTZ-Kraft erklärt werden
  • Ladungstrennung aufgrund von Bewegung von Ladung im Magnetfeld wird als Induktionsspannung messbar
  • Wenn sich die vom Magnetfeld durchsetzte Fläche eines Leiterrahmens ändert, wird eine Induktionsspannung messbar

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Induktionsstrom und Regel von Lenz

Grundwissen

  • Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass der Induktionsstrom der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.
  • Die LENZsche ermöglicht einfache Vorhersagen zur Richtung auftretender Induktionsströme.

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  • Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass der Induktionsstrom der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.
  • Die LENZsche ermöglicht einfache Vorhersagen zur Richtung auftretender Induktionsströme.

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Influenz und Polarisation

Grundwissen

  • Eine Folge der Kraftwirkung zwischen elektrischen Ladungen ist die Influenz.
  • In elektrischen Leitern bewirkt die Influenz eine Trennung von positiven und negativen Ladungen.
  • In Isolatoren bewirkt die Influenz eine Verschiebung von positiven und negativen Ladungen gegeneinander. Dies nennt man Polarisation.

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  • Eine Folge der Kraftwirkung zwischen elektrischen Ladungen ist die Influenz.
  • In elektrischen Leitern bewirkt die Influenz eine Trennung von positiven und negativen Ladungen.
  • In Isolatoren bewirkt die Influenz eine Verschiebung von positiven und negativen Ladungen gegeneinander. Dies nennt man Polarisation.

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Elektrische Kraft

Grundwissen

  • Elektrisch geladene Körper üben aufeinander Kräfte aus. Diese Kräfte nennen wir elektrische Kräfte und bezeichnen sie mit \(\vec F_{\rm{el}}\).
  • Sind zwei Körper gleichartig geladen, also entweder beide positiv oder beide negativ, dann stoßen sich die Körper gegenseitig ab.
  • Sind die Körper dagegen verschiedenartig geladen, also einer positiv und einer negativ, dann ziehen sich die Körper gegenseitig an.

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  • Elektrisch geladene Körper üben aufeinander Kräfte aus. Diese Kräfte nennen wir elektrische Kräfte und bezeichnen sie mit \(\vec F_{\rm{el}}\).
  • Sind zwei Körper gleichartig geladen, also entweder beide positiv oder beide negativ, dann stoßen sich die Körper gegenseitig ab.
  • Sind die Körper dagegen verschiedenartig geladen, also einer positiv und einer negativ, dann ziehen sich die Körper gegenseitig an.

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Elektrische Ladung und die Einheit Coulomb

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  • Ist ein Körper elektrisch neutral, dann befinden sich in und auf ihm gleich viele Protonen und Elektronen.
  • Ist ein Körper negativ geladen, dann befinden sich in und auf ihm mehr Elektronen als Protonen.
  • Ist ein Körper positiv geladen, dann befinden sich in und auf ihm mehr Protonen als Elektronen (besser: weniger Elektronen als Protonen).
  • Das Formelzeichen für die elektrische Ladung ist \(q\) oder \(Q\), die Maßeinheit der elektrischen Ladung ist \(1\,\rm{C}\) (Coulomb).

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  • Ist ein Körper elektrisch neutral, dann befinden sich in und auf ihm gleich viele Protonen und Elektronen.
  • Ist ein Körper negativ geladen, dann befinden sich in und auf ihm mehr Elektronen als Protonen.
  • Ist ein Körper positiv geladen, dann befinden sich in und auf ihm mehr Protonen als Elektronen (besser: weniger Elektronen als Protonen).
  • Das Formelzeichen für die elektrische Ladung ist \(q\) oder \(Q\), die Maßeinheit der elektrischen Ladung ist \(1\,\rm{C}\) (Coulomb).

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Zusammenfassen von Proportionalitäten

Grundwissen

  • Mehrere Proportionalitäten zu einer Größe kannst du zusammenfassen.
  • Sind z.B. die Größen \(a\) und \(b\) proportional zu \(y\), so ist auch \(a\cdot b\) proportional zu \(y\).
  • Umgekehrte Proportionalitäten kannst du ebenso zusammenfassen.

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  • Mehrere Proportionalitäten zu einer Größe kannst du zusammenfassen.
  • Sind z.B. die Größen \(a\) und \(b\) proportional zu \(y\), so ist auch \(a\cdot b\) proportional zu \(y\).
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SI-Basisgrößen und -einheiten

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Speicherung von Energie

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Innenwiderstand von Quellen

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  • Bei einer belasteten realen Spannungsquelle unterscheiden sich Klemmenspannung \(U_{\rm{kl}}\) und Leerlaufspannung \(U_0\)
  • Der Kurzschlussstrom ergibt sich aus \(I_{\rm{max}}=\frac{U_0}{R_{\rm{i}}}\)

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  • Bei einer belasteten realen Spannungsquelle unterscheiden sich Klemmenspannung \(U_{\rm{kl}}\) und Leerlaufspannung \(U_0\)
  • Der Kurzschlussstrom ergibt sich aus \(I_{\rm{max}}=\frac{U_0}{R_{\rm{i}}}\)

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Lösen von Gleichungen - Fortführung

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Grundbegriffe der Energietechnik

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Reversible und Irreversible Vorgänge

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Einheiten der Energietechnik

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Osterexperiment

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Potential und elektrische Spannung

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  • Die Potentialdifferenz \(\Delta {\varphi _{\rm{AB}}}\) ist der negative Quotient aus der Änderung der potentiellen Energie \(\Delta {E_{{\rm{pot}}{\rm{,AB}}}}\) und der Probeladung \(q\).
  • Die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten A und B ist die Spannung \(U_{\rm{AB}}\).
  • Alle Punkte mit gleichem Potential befinden sich auf einer Äquipotentiallinie.

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  • Die Potentialdifferenz \(\Delta {\varphi _{\rm{AB}}}\) ist der negative Quotient aus der Änderung der potentiellen Energie \(\Delta {E_{{\rm{pot}}{\rm{,AB}}}}\) und der Probeladung \(q\).
  • Die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten A und B ist die Spannung \(U_{\rm{AB}}\).
  • Alle Punkte mit gleichem Potential befinden sich auf einer Äquipotentiallinie.

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Magnetische Wirkung des elektrischen Stroms

Grundwissen

  • Elektrischer Strom besitzt eine magnetische Wirkung, die bei einem einfachen geraden Leiter jedoch sehr schwach ist.
  • Wird in eine Spule ein ferromagnetischer Stoff wie Eisen eingebracht, verstärkt sich die magnetische Wirkung sehr deutlich.
  • Ein großer Vorteil von Elektromagneten ist, dass ihre magnetische Wirkung beim Abschalten des Stroms nahezu verschwindet.

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  • Elektrischer Strom besitzt eine magnetische Wirkung, die bei einem einfachen geraden Leiter jedoch sehr schwach ist.
  • Wird in eine Spule ein ferromagnetischer Stoff wie Eisen eingebracht, verstärkt sich die magnetische Wirkung sehr deutlich.
  • Ein großer Vorteil von Elektromagneten ist, dass ihre magnetische Wirkung beim Abschalten des Stroms nahezu verschwindet.

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Atomare Vorstellungen der Elektrizität

Grundwissen

  • In der Modellvorstellung des Kern-Hülle-Modells besteht ein Atom aus einem positiv geladenen Atomkern und negativ geladenen Elektronen in der Atomhülle.
  • Positive Ladung wird oft rot, negative Ladung blau dargestellt.
  • Bei vielen Phänomenen bewegen sich nur die Elektronen, während die Atomkerne an ihrem Platz bleiben.

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  • In der Modellvorstellung des Kern-Hülle-Modells besteht ein Atom aus einem positiv geladenen Atomkern und negativ geladenen Elektronen in der Atomhülle.
  • Positive Ladung wird oft rot, negative Ladung blau dargestellt.
  • Bei vielen Phänomenen bewegen sich nur die Elektronen, während die Atomkerne an ihrem Platz bleiben.

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LENZsche Regel

Grundwissen

  • Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass der Induktionsstrom der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.
  • Die LENZsche ermöglicht einfache Vorhersagen zur Richtung auftretender Induktionsströme.

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  • Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass der Induktionsstrom der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.
  • Die LENZsche ermöglicht einfache Vorhersagen zur Richtung auftretender Induktionsströme.

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Magnetischer Fluss und Induktionsgesetz

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  • Der magnetische Fluss \(\Phi = B \cdot A \cdot \cos\left(\varphi\right)\) ist salopp gesagt das Maß für die "Menge an Magnetfeld, das in einer Induktionsanordnung durch die Leiterschleife fließt".
  • In einer Induktionsanordung kann man am Spannungsmesser in der Induktionsspule immer dann eine Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) beobachten, wenn sich der magnetische Fluss \(\Phi\) in der Leiterschleife ändert.
  • Der Wert der Induktionsspannung berechnet sich durch \({U_{\rm{i}}} = - \frac{{d\Phi }}{{dt}}\) bzw. für den Fall einer Spule mit \(N\) Windungen als Leiterschleife \({U_{\rm{i}}} = - N \cdot \frac{{d\Phi }}{{dt}}\).

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  • Der magnetische Fluss \(\Phi = B \cdot A \cdot \cos\left(\varphi\right)\) ist salopp gesagt das Maß für die "Menge an Magnetfeld, das in einer Induktionsanordnung durch die Leiterschleife fließt".
  • In einer Induktionsanordung kann man am Spannungsmesser in der Induktionsspule immer dann eine Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) beobachten, wenn sich der magnetische Fluss \(\Phi\) in der Leiterschleife ändert.
  • Der Wert der Induktionsspannung berechnet sich durch \({U_{\rm{i}}} = - \frac{{d\Phi }}{{dt}}\) bzw. für den Fall einer Spule mit \(N\) Windungen als Leiterschleife \({U_{\rm{i}}} = - N \cdot \frac{{d\Phi }}{{dt}}\).

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