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Suchergebnisse 31 - 60 von 172

Ladungseigenschaften

Grundwissen

  • Es gibt zwei unterschiedliche Ladungsarten: positive und negative Ladung.
  • Gleichnamige Ladungen stoßen sich gegenseitig ab, ungleichnamige ziehen sich an.
  • In Leitern können sich negative Ladungen relativ frei bewegen.
  • 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.
  • In Leitern können sich negative Ladungen relativ frei bewegen.
  • Eine Folge der Kraftwirkung zwischen Ladungen ist die Influenz.

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Elementarladung

Grundwissen

  • Die elektrische Ladung ist eine gequantelte Größe
  • Die Elementarladung beträgt \(e=1{,}602\,176\,634\cdot 10^{-19}\,\rm{As}\)
  • Die Ladung eines Elektrons beträgt \(-e\)

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  • Die elektrische Ladung ist eine gequantelte Größe
  • Die Elementarladung beträgt \(e=1{,}602\,176\,634\cdot 10^{-19}\,\rm{As}\)
  • Die Ladung eines Elektrons beträgt \(-e\)

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Allgemeines Gasgesetz

Grundwissen

  • Das Gesetz von BOYLE-MARIOTTE und das Gesetz von GAY-LUSSAC können zur allgemeinen Gasgleichung zusammengefasst werden.
  • Die allgemeine Gasgleichung besagt: \(\frac{{p \cdot V}}{T}\;{\rm{ist}}\;{\rm{konstant}}\)

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  • Das Gesetz von BOYLE-MARIOTTE und das Gesetz von GAY-LUSSAC können zur allgemeinen Gasgleichung zusammengefasst werden.
  • Die allgemeine Gasgleichung besagt: \(\frac{{p \cdot V}}{T}\;{\rm{ist}}\;{\rm{konstant}}\)

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Änderung der inneren Energie

Grundwissen

  • Eine Änderung der inneren Energie \(\Delta E_{\rm i}\) kann durch Verrichtung von Arbeit an einem Körper oder durch Übertragung von Wärme auf einen Körper erfolgen.
  • Die Änderung der innere Energie \(\Delta E_{\rm i}\) ist proportional zur Temperaturänderung \(\Delta \vartheta\) und zur Masse \(m\) .
  • Mathematisch wird der Zusammenhang beschrieben durch \(\Delta E_{\rm i}= c \cdot m\cdot \Delta \vartheta\).

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  • Eine Änderung der inneren Energie \(\Delta E_{\rm i}\) kann durch Verrichtung von Arbeit an einem Körper oder durch Übertragung von Wärme auf einen Körper erfolgen.
  • Die Änderung der innere Energie \(\Delta E_{\rm i}\) ist proportional zur Temperaturänderung \(\Delta \vartheta\) und zur Masse \(m\) .
  • Mathematisch wird der Zusammenhang beschrieben durch \(\Delta E_{\rm i}= c \cdot m\cdot \Delta \vartheta\).

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Wärmetransport

Grundwissen

  • Wärmetransport kann auf drei unterschiedliche Arten stattfinden: durch Wärmeleitung, durch Wärmemitführung (Wärmeströmung oder Konvektion) oder durch Wärmestrahlung (Temperaturstrahlung)
  • Im Alltag treten oft mehrere Arten gemeinsam auf
  • Häufig leistet eine Transportart den mit Abstand größten Beitrag zum gesamten Wärmetransport

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  • Wärmetransport kann auf drei unterschiedliche Arten stattfinden: durch Wärmeleitung, durch Wärmemitführung (Wärmeströmung oder Konvektion) oder durch Wärmestrahlung (Temperaturstrahlung)
  • Im Alltag treten oft mehrere Arten gemeinsam auf
  • Häufig leistet eine Transportart den mit Abstand größten Beitrag zum gesamten Wärmetransport

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Physik beim Fahrradfahren

Grundwissen
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Elektrizitätslehre - Formeln

Grundwissen

  • Hier findest du eine Zusammenstellung der wichtigsten Formeln aus der E-Lehre

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  • Hier findest du eine Zusammenstellung der wichtigsten Formeln aus der E-Lehre

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Teilchenmodell

Grundwissen

  • Alle Körper sind aus kleinen, sich ständig bewegenden Teilchen aufgebaut.
  • Ein Körper hat unterschiedliche Eigeschaften, je nachdem ob er fest, flüssig oder gasförmig ist.
  • Je mehr ein Stoff erwärmt wird, desto mehr bewegen sich die Teilchen des Stoffes.

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  • Alle Körper sind aus kleinen, sich ständig bewegenden Teilchen aufgebaut.
  • Ein Körper hat unterschiedliche Eigeschaften, je nachdem ob er fest, flüssig oder gasförmig ist.
  • Je mehr ein Stoff erwärmt wird, desto mehr bewegen sich die Teilchen des Stoffes.

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Universelle Gasgleichung

Grundwissen

Die universelle Gasgleichung lautet \[p \cdot V = k_{\rm B} \cdot N \cdot T\] mit dem Druck \(p\), dem Volumen \(V\), der Boltzmann-Konstanten \(k_{\rm B}\), der Teilchenzahl \(N\) und der Temperatur \(T\). 

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Die universelle Gasgleichung lautet \[p \cdot V = k_{\rm B} \cdot N \cdot T\] mit dem Druck \(p\), dem Volumen \(V\), der Boltzmann-Konstanten \(k_{\rm B}\), der Teilchenzahl \(N\) und der Temperatur \(T\). 

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Starke und schwache Kausalität

Grundwissen

  • Schwacher Kausalität liegt vor, wenn exakt gleiche Ursachen die stets gleiche Wirkung zur Folge haben.
  •  Starker Kausalität liegt vor, wenn ähnliche Ursachen eine ähnliche Wirkung zur Folge haben. Kleine Änderungen im Ausgangszustand führen nur zu kleinen Änderungen im Ergebnis.
  • Viele Systeme in der Natur sind labile Gleichgewichtszustände. Hier liegt keine starke Kausalität vor.

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  • Schwacher Kausalität liegt vor, wenn exakt gleiche Ursachen die stets gleiche Wirkung zur Folge haben.
  •  Starker Kausalität liegt vor, wenn ähnliche Ursachen eine ähnliche Wirkung zur Folge haben. Kleine Änderungen im Ausgangszustand führen nur zu kleinen Änderungen im Ergebnis.
  • Viele Systeme in der Natur sind labile Gleichgewichtszustände. Hier liegt keine starke Kausalität vor.

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Kausalitätsprinzip - Grenzen der NEWTONschen Mechanik

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  • Würde man einen Zustand vollständig kennen, könnte man mit Hilfe der Naturgesetze alle Folgen daraus ableiten.
  • Damit wäre alles Geschehen der Welt unabänderlich bestimmt (Determinismus).
  • Die Quantenmechanik und die Relativitätstheorie machen jedoch die Grenzen des Determinismus deutlich.

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  • Würde man einen Zustand vollständig kennen, könnte man mit Hilfe der Naturgesetze alle Folgen daraus ableiten.
  • Damit wäre alles Geschehen der Welt unabänderlich bestimmt (Determinismus).
  • Die Quantenmechanik und die Relativitätstheorie machen jedoch die Grenzen des Determinismus deutlich.

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Big Bang Theory Effekt

Grundwissen
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Kennlinien von Widerständen

Grundwissen

  • Die \(U\)-\(I\)-Kennlinie eines Leiters stellt den Zusammenhang zwischen angelegter Spannung \(U\) und sich ergebender Stromstärke \(I\) dar.
  • Die Kennlinien von ohmschen Widerständen sind Ursprungshalbgeraden.
  • Wird die \(U\)-\(I\)-Kennlinie eines Leiters mit zunehmender Spannung flacher, so nimmt der Widerstand des Leiters zu, wird sie steiler, so nimmt sein Widerstand ab.
  • Mit Hilfe der Kennlinie kannst du auch Spannungen und Ströme bei nicht ohmschen Widerständen ermitteln.

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  • Die \(U\)-\(I\)-Kennlinie eines Leiters stellt den Zusammenhang zwischen angelegter Spannung \(U\) und sich ergebender Stromstärke \(I\) dar.
  • Die Kennlinien von ohmschen Widerständen sind Ursprungshalbgeraden.
  • Wird die \(U\)-\(I\)-Kennlinie eines Leiters mit zunehmender Spannung flacher, so nimmt der Widerstand des Leiters zu, wird sie steiler, so nimmt sein Widerstand ab.
  • Mit Hilfe der Kennlinie kannst du auch Spannungen und Ströme bei nicht ohmschen Widerständen ermitteln.

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Schaltung von Messgeräten

Grundwissen

  • Strommesser werden immer in Reihe geschaltet und müssen einen vernachlässigbaren Innenwiderstand besitzen.
  • Spannungsmesser werden immer parallel zu dem Bauteil geschaltet, dessen Spannung bzw. dessen verursachten Spannungsabfall du messen möchtest.
  • Spannungsmesser besitzen einen möglichst großen Innenwiderstand. 

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  • Strommesser werden immer in Reihe geschaltet und müssen einen vernachlässigbaren Innenwiderstand besitzen.
  • Spannungsmesser werden immer parallel zu dem Bauteil geschaltet, dessen Spannung bzw. dessen verursachten Spannungsabfall du messen möchtest.
  • Spannungsmesser besitzen einen möglichst großen Innenwiderstand. 

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Widerstand

Grundwissen

  • Der Widerstand ist der Quotient aus der über dem Leiter abfallenden Spannung und der Stärke des Stroms, die durch den Leiter fließt.
  • Kurz: \(R=\frac{U}{I}\)
  • Die Einheit des elektrischen Widerstands ist \([R]:=1\,\Omega\,(\text{Ohm})\)

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  • Der Widerstand ist der Quotient aus der über dem Leiter abfallenden Spannung und der Stärke des Stroms, die durch den Leiter fließt.
  • Kurz: \(R=\frac{U}{I}\)
  • Die Einheit des elektrischen Widerstands ist \([R]:=1\,\Omega\,(\text{Ohm})\)

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Ein- und Ausschalten von RC-Kreisen

Grundwissen

  • Ladung auf dem Kondensator, Strom im Kreis, und die Spannungen über dem Widerstand und dem Kondensator können beim Ein- und Ausschalten mit Exponentialfunktionen beschrieben werden.
  • Für die Halbwertszeit der Größen gilt jeweils \({t_H} = R \cdot C \cdot \ln \left( 2 \right)\).

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  • Ladung auf dem Kondensator, Strom im Kreis, und die Spannungen über dem Widerstand und dem Kondensator können beim Ein- und Ausschalten mit Exponentialfunktionen beschrieben werden.
  • Für die Halbwertszeit der Größen gilt jeweils \({t_H} = R \cdot C \cdot \ln \left( 2 \right)\).

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COULOMB-Gesetz

Grundwissen

  • Alle geladenen Körper üben aufeinander Kräfte aus, die man als elektrische Kräfte bezeichnet.
  • Die Richtung dieser Kräfte verläuft auf der Verbindungsgerade der beiden Ladungsschwerpunkte, der Betrag dieser Kräfte ist (wegen des Wechselwirkungsgesetzes) gleich groß.
  • Die Kräfte sind bei gleichartigen Ladungen voneinander weg und bei verschiedenartigen Ladungen aufeinander zu gerichtet.
  • Der Betrag ist proportional zu beiden Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes der beiden Ladungsschwerpunkte.

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  • Alle geladenen Körper üben aufeinander Kräfte aus, die man als elektrische Kräfte bezeichnet.
  • Die Richtung dieser Kräfte verläuft auf der Verbindungsgerade der beiden Ladungsschwerpunkte, der Betrag dieser Kräfte ist (wegen des Wechselwirkungsgesetzes) gleich groß.
  • Die Kräfte sind bei gleichartigen Ladungen voneinander weg und bei verschiedenartigen Ladungen aufeinander zu gerichtet.
  • Der Betrag ist proportional zu beiden Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes der beiden Ladungsschwerpunkte.

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Elektrische Stromstärke

Grundwissen

  • Die elektrische Stromstärke, Symbol \(I\), ist ein Maß für die elektrische Ladung, die pro Sekunde durch einen Leiterquerschnitt hindurchfließt.
  • Die Einheit der elektrischen Stromstärke ist das Ampere, Symbol \(\rm{A}\).

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  • Die elektrische Stromstärke, Symbol \(I\), ist ein Maß für die elektrische Ladung, die pro Sekunde durch einen Leiterquerschnitt hindurchfließt.
  • Die Einheit der elektrischen Stromstärke ist das Ampere, Symbol \(\rm{A}\).

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Volumen- und Längenänderung von Festkörpern

Grundwissen

  • Festkörper dehnen sich beim Erwärmen i.d.R. in alle Raumrichtung gleichmäßig aus.
  • Bei Festkörpern gibt man oft den Längenausdehnungskoeffizienten \(\alpha\) an.
  • Für die Längenänderung gilt \(\Delta l = \alpha \cdot {l_0} \cdot \Delta \vartheta\).

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  • Festkörper dehnen sich beim Erwärmen i.d.R. in alle Raumrichtung gleichmäßig aus.
  • Bei Festkörpern gibt man oft den Längenausdehnungskoeffizienten \(\alpha\) an.
  • Für die Längenänderung gilt \(\Delta l = \alpha \cdot {l_0} \cdot \Delta \vartheta\).

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Generator- und Motorprinzip

Grundwissen

  • Die Funktionsweise von Generatoren und Elektromotoren sind physikalisch eng verbunden
  • Zentral ist bei beiden die Lorentzkraft auf bewegte Ladungen im Magnetfeld

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  • Die Funktionsweise von Generatoren und Elektromotoren sind physikalisch eng verbunden
  • Zentral ist bei beiden die Lorentzkraft auf bewegte Ladungen im Magnetfeld

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Viertakt-Ottomotor

Grundwissen

  • Die 4 Takte sind: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Auspuffen
  • Mehrere Zylinder eines Motors laufen versetzt. Ziel ist, dass immer ein Zylinder gerade im Arbeitstakt ist.
  • Der Wirkungsgrad eines Ottomotors liegt im Idealfall bei \(\eta=35\,\%\), meist jedoch deutlich darunter.

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  • Die 4 Takte sind: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Auspuffen
  • Mehrere Zylinder eines Motors laufen versetzt. Ziel ist, dass immer ein Zylinder gerade im Arbeitstakt ist.
  • Der Wirkungsgrad eines Ottomotors liegt im Idealfall bei \(\eta=35\,\%\), meist jedoch deutlich darunter.

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Herleitung der Wellenfunktion

Grundwissen

  • Die Wellenfunktion beschreibt die Ausbreitung einer Welle mathematisch.
  • Für eine in positive \(x\)-Richtung laufende Welle gilt: \(y(x;t) = \hat y \cdot \sin \left( {2\pi  \cdot \left( {\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda }} \right)} \right)\)

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  • Die Wellenfunktion beschreibt die Ausbreitung einer Welle mathematisch.
  • Für eine in positive \(x\)-Richtung laufende Welle gilt: \(y(x;t) = \hat y \cdot \sin \left( {2\pi  \cdot \left( {\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda }} \right)} \right)\)

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KIRCHHOFFsche Gesetze für Fortgeschrittene

Grundwissen

  • Die Knotenregel kann auch bei beliebig vielen zu- und abfließenden Strömen genutzt werden.
  • Die Maschenregel gilt auch bei mehreren Quellen in einem Stromkreis.
  • So lassen sich auch Ströme und Spannungen in sehr komplexen Schaltungen berechnen.

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  • Die Knotenregel kann auch bei beliebig vielen zu- und abfließenden Strömen genutzt werden.
  • Die Maschenregel gilt auch bei mehreren Quellen in einem Stromkreis.
  • So lassen sich auch Ströme und Spannungen in sehr komplexen Schaltungen berechnen.

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Vom Stromkreis zum Schaltplan

Grundwissen

  • Auf Fotos sind nicht alle Elemente einer elektrischen Schaltung gut und klar zu erkennen.
  • Ein Schaltplan ist eine vereinfachte Darstellung einer elektrischen Schaltung.
  • Die verschiedenen Schaltsymbole für die Bauteile sind in einer Norm festgelegt.
  • Schaltpläne können auch am Computer erstellt werden

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  • Auf Fotos sind nicht alle Elemente einer elektrischen Schaltung gut und klar zu erkennen.
  • Ein Schaltplan ist eine vereinfachte Darstellung einer elektrischen Schaltung.
  • Die verschiedenen Schaltsymbole für die Bauteile sind in einer Norm festgelegt.
  • Schaltpläne können auch am Computer erstellt werden

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Stromkreismodelle

Grundwissen

  • Mit Hilfe verschiedener Modelle kannst du dir die Abläufe im Stromkreis vorstellen und erklären.
  • Du kannst dir einen Stromkreis wie einen offenen Wasserkreislauf vorstellen.
  • Du kannst dir einen Stromkreis wie eine Fahrradkette, die ein Rad antreibt, vorstellen.
  • Du kannst dir einen Stromkreis mit Hilfe von Luftdruck und Elektronengasdruck vorstellen.

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  • Mit Hilfe verschiedener Modelle kannst du dir die Abläufe im Stromkreis vorstellen und erklären.
  • Du kannst dir einen Stromkreis wie einen offenen Wasserkreislauf vorstellen.
  • Du kannst dir einen Stromkreis wie eine Fahrradkette, die ein Rad antreibt, vorstellen.
  • Du kannst dir einen Stromkreis mit Hilfe von Luftdruck und Elektronengasdruck vorstellen.

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Eigenschaften von Permanentmagneten

Grundwissen

  • Permanentmagnete besitzen zwei unterschiedliche Pole: einen Nordpol und einen Südpol.
  • Gleichartige Pole stoßen sich ab, ungleichartige Pole ziehen sich an.
  • Zerbrichst du einen Stabmagnet, so entstehen zwei Magnete, von denen wieder jeder Magnet einen Nordpol und einen Südpol hat.

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  • Permanentmagnete besitzen zwei unterschiedliche Pole: einen Nordpol und einen Südpol.
  • Gleichartige Pole stoßen sich ab, ungleichartige Pole ziehen sich an.
  • Zerbrichst du einen Stabmagnet, so entstehen zwei Magnete, von denen wieder jeder Magnet einen Nordpol und einen Südpol hat.

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Magnetische Influenz

Grundwissen

  • Wenn du einen Magneten Nahe an einen zuvor nicht magnetischen Eisenstab bringst, wird dieser zu einem Magneten - diesen Vorgang nennt  man magnetische Influenz.
  • Die im Eisen enthaltenen Elementarmagnete richten sich dabei aus.
  • Magnetische Influenz tritt bei ferromagnetischen Stoffen wie Eisen, Kobalt, Nickel auf.

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  • Wenn du einen Magneten Nahe an einen zuvor nicht magnetischen Eisenstab bringst, wird dieser zu einem Magneten - diesen Vorgang nennt  man magnetische Influenz.
  • Die im Eisen enthaltenen Elementarmagnete richten sich dabei aus.
  • Magnetische Influenz tritt bei ferromagnetischen Stoffen wie Eisen, Kobalt, Nickel auf.

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Elektrische Größen

Grundwissen

  • Jeder physikalischen Größe wird ein Formelzeichen (Symbol) zugeordnet.
  • Die Angabe einer physikalischen Größe erfolgt mit Maßzahl und Maßeinheit.
  • Der elektrische Strom hat das Symbol \(I\), die Spannung das Symbol \(U\) und der Widerstand das Symbol \(R\). 

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  • Jeder physikalischen Größe wird ein Formelzeichen (Symbol) zugeordnet.
  • Die Angabe einer physikalischen Größe erfolgt mit Maßzahl und Maßeinheit.
  • Der elektrische Strom hat das Symbol \(I\), die Spannung das Symbol \(U\) und der Widerstand das Symbol \(R\). 

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