Aufgabe 1: Tesafilm
Beim Abziehen eines Tesafilms springt der Film nach dem Loslassen immer wieder an die Rolle zurück oder wird z.B. von der Hand angezogen. Erkläre diese Erscheinung anhand elektrischer Ladungen.

Aufgabe 2: Kräfte bei Ballons
Die beiden Luftballons sind mit einem leichten Gas gefüllt damit sie schweben und werden beide an einem Pullover gerieben.

a) Erläutere, woran man erkennt, dass die Ballons geladen sind und ihre Ladungen das gleiche Vorzeichen haben.

b) Zeichne die Ballons ab und zeichne dann beschriftete Pfeile ein, die die Gewichtskräfte, Auftriebskräfte (wegen der Gasfüllung) und die elektrischen Kräfte für beide Ballons darstellen.
Tipp: Für jeden Ballon geht eine Kraft nach oben, eine nach unten und eine zur Seite.

Aufgabe 3: Geladene Kugeln
Vier geladene Metallkugeln A, B, C und D hängen jeweils an einem dünnen Faden. Kugel D ist positiv geladen. Bei der Untersuchung verschiedener Kugel-Kombinationen zeigt sich folgendes:

Gib an, ob A, B und C jeweils positiv oder negativ geladen sind.

Aufgabe 4: Kurze Fragen, kurze Antworten
a) Ein Gegenstand ist voller Elektronen und trotzdem nicht elektrisch aufgeladen. Wie kann das sein?
b) Wie kann man feststellen, ob ein Körper elektrisch geladen oder ungeladen ist?
c) Die elektrische Kraft und die Gravitationskraft weisen Gemeinsamkeiten auf. Nenne zwei.
d) Die Gravitationskraft und die elektrische Kraft unterscheiden sich in einem Punkt ganz wesentlich. In welchem?
e) Bei elektrischen Ladungen spricht man von Plus und Minus, bei magnetischen Polen von Nord und Süd. Worin unterscheiden sich die beiden ganz wesentlich?

Aufgabe 1
Von zwei Quellen soll diejenige mit dem größeren Wasserstrom an die Wasserversorgung angeschlossen werden. Als Messergebnisse liegen vor:
Quelle 1: Es fließen 636 Liter in 12 s.
Quelle 2: Es fließen 720 Liter in 15 s.
Für welche Quelle sollte man sich entscheiden?

Aufgabe 2
Durch den Rhein bei Köln fließen täglich 230 Milliarden Liter Wasser. Das ist pro Stunde der Inhalt von 48 Millionen Badewannen! Die Elbe trägt in jeder Sekunde 900 Liter in die Nordsee.
Vergleiche beide Flüsse, indem du die Stromstärke auf gleiche Einheiten (pro Jahr oder Stunde oder Sekunde oder wie auch immer) bringst.

Aufgabe 3
An dem Gymnasium Brake sind ca. 1140 Schüler angemeldet. Angenommen niemand ist krank, alle kommen zur Schule und sie betreten zur ersten Stunde zu gleichen Teilen den hinteren und den vorderen Eingang innerhalb von 10 Minuten.
Berechne die Stromstärke von Schülern pro Eingang in Minute und in Sekunde.

Die beiden Lampen in dem linken Schaltbild befinden sich nacheinander im Stromkreis. Man sagt sie sind "in Reihe" geschaltet oder sie befinden sich in einer "Reihenschaltung". Die beiden rechten Lampen befinden sich nebeneinander. Sie sind "parallel" geschaltet oder sie befinden sich in einer "Parallelschaltung".

Baue beide Schaltungen auf. Am Netzgerät muss der Regler für die Stromstärke (oder Current) ganz aufgedreht werden. Mit dem Regler für die Spannung (oder Voltage) stellst du es auf 12 Volt ein.

a) Beschreibe dann, was du in den unterschiedlichen Schaltungen bei den Lampen beobachten kannst.

b) Stelle eine Vermutung auf, wie deine Beobachtung zu erklären sein könnte.

(Stelle das Netzteil wieder ab, aber behalte die Geräte für später am Platz.)

(Erst ganz lesen!)
Nun untersuchst du das Verhalten der Lampen in einer Simulation, die den sonst unsichtbaren Strom (fließende Elektronen) zeigen kann. Gehe dazu auf die nachfolgende Website, dort auf "Labor" und baue mit den Bauteilen links den Stromkreis nach. Die Kabel müssen immer richtig an die Bauteile gezogen werden. Achte besonders bei den Lampen darauf, dass du beide Kontakte richtig anschließt, damit der Strom durch sie hindurch fließt. Mit einem Klick auf die Batterie, kannst du ihre Spannung verändern, damit mehr Strom fließt. Eventuell könnt ihr zu zweit an zwei Geräten arbeiten, damit ihr die Aufgaben und die Simulation gleichzeitig seht.

Simulation: Stromlabor

a) Baue die Schaltung in der Simulation nach und erhöhe ein wenig die Spannung.

b) Beschreibe das unterschiedliche Verhalten der Lampen. Verwende dabei die Wörter "Parallelschaltung" und "Reihenschaltung".

c) Erkläre das unterschiedliche Verhalten mit dem dargestellten Strom.

d) Beschreibe den Weg mit eigenen Worten, den die Elektronen von der Batterie durch den Stromkreis und zurück zur Batterie gehen.

(Beende die Simulation.)

Da du nun eine Vorstellung vom Fließen der Elektronen in einem Stromkreis hast, betrachtest du die Stromstärke. Sie wird bekanntlich nicht als x Elektronen pro Sekunde angegeben, sondern in der Einheit Ampere. Sie ist eine einfachere Angabe dafür, wie viele Elektronen gerade fließen.

Berechne, wie viel Ampere in folgenden Schaltungen bei I₃ und I₄ zu messen wären.

Um die Ampere der Stromstärke zu messen, schließt man ein sogenanntes Amperemeter an. Es misst sozusagen die Elektronen, die hindurch fließen.

a) Überlege dir, ob man ein Amperemeter "in Reihe" oder "parallel" anschließen muss, um die Stromstärke durch eine Lampe zu messen (siehe Abbildung). Erkläre dann, wie man es anschließen muss.

b) Baue die Schaltungen aus Aufgabe 1 nochmal auf. Messe jeweils für beide Lampen die Stromstärke und notiere die Werte.

Erstelle ein Tafelbild zur Stromstärke. Dabei soll zum einen der Weg der Elektronen beschrieben werden und zum anderen besonders das unterschiedliche Verhalten in Reihen- und Parallelschaltungen enthalten sein. Zudem soll gesagt werden, wie ein Amperemeter in den Stromkreis gebracht werden muss.

Gib jeweils die fehlenden Stromstärken an.

a)

b)

c)

d)

e)

a) Zeichne den Schaltplan ab.

b) Es soll an jeder Lampe und an der Stromquelle die Stromstärke gemessen werden. Zeichne dafür farbig vier Positionen von Amperemetern ein, mit denen sie jeweils gemessen werden kann.

c) Baue die Schaltung auf und miss nacheinander die Stromstärken. Notiere die Angaben in deiner Zeichnung.
Hinweis: Beim Multimeter muss ein Kabel in COM und eines in mA. Dann die Wahlscheibe auf mA drehen.

Sandra, Juri und Alex diskutieren über die Größen des elektrischen Stromkreises:

Schreibe zu jeder Aussage einen kurzen Kommentar. Korrigiere die Aussagen, falls nötig.

Erläutere die Begriffe "Stromstärke" und "Spannung" mit eigenen Worten.

a) Erläutere die Aussagen: Ein Stromstärkemessgerät muss in Reihe zum Gerät geschaltet werden. Ein Spannungsmessgerät muss parallel zum Gerät geschaltet werden (siehe Abbildung).

b) Begründe: Ein Stromstärkemessgerät muss den Strom ungehemmt durchlassen. Ein Spannungsmessgerät darf den Strom nicht durchlassen.

c) Ein Stromstärkemessgerät wird anstatt eines Spannungsmessgeräts eingebaut. Beschreibe und erkläre, was geschieht.

Zeichne die beiden Schaltbilder ab und trage dabei sinnvoll das Messgerätezeichen A (Amperemeter = Stromstärkemessgerät) oder V (Voltmeter = Spannungsmessgerät) ein, das bei den Zahlen eingebaut sein müsste.

Aufgabe 1

Ein Draht wird an eine elektrische Quelle mit einer Spannung von U = 4 V angeschlossen. Durch den Draht fließt ein Strom der Stärke I = 62,5 mA. (Milli = Tausendstel)

a) Berechne den Widerstand R des Drahtes.

b) Wie groß muss die Spannung sein, damit eine Stromstärke von I = 250 mA fließt?

Aufgabe 2

Für zwei unterschiedlich dicke Drähte wurde für verschiedene Spannungen die Stromstärke gemessen.

a) Stelle beide Messungen in einem U-I-Diagramm dar.

b) Ermittle für beide Drähte den durchschnittlichen Widerstand der Messungen.

c) Vervollständige: Je dicker der Draht, desto ... der Widerstand.

Aufgabe 3

Bestimme die Stromstärke durch die beiden Drähte bei einer Spannung von 2,5 V.

a) Mithilfe des Diagramms.

b) Rechnerisch mit der Formel.

Aufgabe 1: Luftballon

Wenn man einen Luftballon an seinen Haaren reibt, stehen sie wild vom Kopf ab. Beschreibe woran das liegt und wie es zustande kommt.

Aufgabe 2: Elektroskop

Erkläre, warum man mit einem Elektroskop nicht unterscheiden kann, ob es positiv oder negativ geladen ist. Verdeutliche es durch Skizzen für beide Ladungen.

Aufgabe 3: Wasserkreislauf-Modell

Unten ist ein Wasserkreislauf-Modell abgebildet.

a) Beschreibe das Fließen des Wassers darin.

b) Erläutere, wie das mit einem elektrischen Stromkreis zusammenhängt.

c) Nenne zwei Grenzen des Modells. Das heißt: Welche Vorstellung vom Wasserkreislauf passt nicht zum elektrischen Stromkreislauf?

Aufgabe 4: Strömung

An einem Tag fließen 31.968.000 m³ Wasser den Rheinfall hinunter. Wie große ist die Stromstärke des Rheinfalls in m³ pro Sekunde?

Aufgabe 5: Zwei Lampen

Warum leuchten zwei hintereinander geschaltete Lampen nicht so hell wie eine, die sich alleine im Stromkreis befindet? Warum leuchten zwei parallel geschaltete Lampen aber doch so hell, wie eine einzelne? Erläutere.

Aufgabe 6: Strom und Spannung

Berechne jeweils die Stromstärken und Spannungen für beide Geräte.

a) In der Zuleitung einer Parallelschaltung zweier elektrischer Geräte fließt ein Strom von I = 2,4 A bei einer Spannung von U = 4,5 V. In einem Teilzweig beträgt die Stromstärke I = 0,9 A.

b) In der Zuleitung einer Reihenschaltung zweier elektrischer Geräte fließt ein Strom von I = 3,2 A bei einer Spannung von U = 6,0 V. Am ersten Gerät liegt eine Spannung von U = 2,2 V an.

Aufgabe 7:

Zwei baugleiche Lampen werden an einer passenden Batterie mit einer Spannung von U = 12 V angeschlossen. Die Batterie gibt dann einen Strom von I = 20 mA ab.

a) Zeichne die Schaltpläne ab und füge Amperemeter und Voltmeter hinzu, mit denen an der Batterie sowie an jeder Lampe der Strom und die Spannung gemessen werden kann.

b) Notiere an jedem Messgerät in den Schaltplänen, wie viel es anzeigt.

1. Es gibt positive (Protonen) und negative (Elektronen) Ladungen. Man kann sie durch ihre abstoßende oder anziehende Kraft "sichtbar" machen, indem man etwas aneinander reibt. Z.B. reibt man einen Ballon an den Haaren. Der Ballon wird dann von den Haaren angezogen und umgekehrt und die Haare selbst stoßen sich gegenseitig ab.
2. An dem Wasserkreislaufmodell kann man sich das Fließen der unsichtbaren Elektronen im Kreis verdeutlichen. Mit einer Pumpe (Spannungsgerät) wird das Wasser zum Fließen gebracht. Es fließt dann durch Schläuche (Kabel) zu den Turbinen (elektrischen Geräten), kann dabei aufgeteilt werden (parallele Kabel) und fließt wieder zurück zur Pumpe (Stromkreis).
3. Durch Reiben eines Plastikstabs an Fell wird dieser aufgeladen. (Für die Erklärung sagen wir, er wird negativ aufgeladen.)
   Bringt man ihn in die Nähe des Metallkopfes vom Elektroskop, so schlägt dessen Zeiger aus. Das liegt daran, dass die Elektronen im Stab die Elektronen im Elektroskop nach unten drücken. Da es nun unten überall negativ geladen ist, stößt sich der Zeiger vom Gehäuse ab. Nimmt man den Stab wieder weg, so geht der Zeiger zurück, da sich die Elektronen wieder gleichm#ßig verteilen.
   Berührt man den Metallkopf vom Elektroskop mit dem geladenen Stab, so gehen Elektronen auf das Elektroskop über. Dadurch bleibt der Zeiger ausgeschalgen, auch wenn man den Stab wieder wegnimmt.
4. Stromstärke bedeutet, wie viel von etwas in einer bestimmten Zeit vorbeifließt.
   Z.B. Personen pro Minute, Fahrzeuge pro Tag, Liter pro Sekunde, ...
5. Elektrische Stromstärke bedeutet, wie viele Elektronen in einer Sekunde durch etwas hindurch fließen. Man gibt sie in Ampere an.
6. Die Spannung gibt elektrische Energie in den Stromkreis. Durch die fließenden Elektronen kann sie in den angeschlossenen Geräten in andere Energieformen (z.B. in Licht mittels Lampen) umgewandelt werden.
7. Die Spannung an der Stromquelle ist die Energie, die von den fließenden Elektronen übertragen werden kann.
8. Die Spannung an der Stromquelle ist die Energie, die von den fließenden Elektronen übertragen werden kann. Die Spannung an den elektrischen Geräten im Stromkreis ist die Energie, die dort übertragen wird.
   (übertragbare vs. übertragene Energie)
9. Amperemeter (Strommessgerät): In Reihe geschaltet.
   Voltmeter (Spannungsmessgerät): Parallel geschaltet.
10. Der Widerstand bestimmt, wie viel Strom fließt, wenn eine Spannung angelegt ist. Er hemmt die Elektronen am Fließen. Je größer der Widerstand ist, desto geringer wird die Stromstärke.
11. Umrechnen: 30 mA = 0,030 A
    R = U : I = 230 V : 0,030 A = 7666,67 Ohm