Die elektrische Stromstärke

Lernpfadgruppe aus folgenden Seiten Das elektrische Potential Der elektrische Kurzschluss Die elektrische Spannung

Diese Seite beruht auf Unterrichtsmaterial von Frau H. Urban-Woldron das unter http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de abrufbar ist. Vielen Dank für die Erlaubnis!

Die hier dargestellten Experimente können mit der Schülerbox Elektrik 1 STS-Horn durchgeführt werden. Zusätzlich wird ein Gleichstromtransformator und ein DynaMot benötigt.

Physiker sagen: In einem Stromkreis ist eine magnetische Wirkung immer vorhanden, wenn ein elektrischer Strom fließt.

  Versuch 1

• Baue einen Stromkreis mit einem Dynamo und einem Elektromotor!
• Halte eines der Kabel parallel zur Kompassnadel unter den Kompass und warte bis die Nadel still steht!
• Betätige nun vorsichtig die Kurbel an einem Dynamo. Was passiert bei anderer Geschwindigkeiten, einer anderen Dreh-Richtung oder wenn Du die Kurbel am Motor festhältst?
• Was kannst Du aus Deinen Beobachtungen schließen? Und woran hast Du das erkannt?

  Versuch 2

• Baue einen Stromkreis mit einer Lampe sowie einem Transformator und stelle die Spannung auf 12V ein!
• Schalte den Strom ein und beobachte dabei die Helligkeit der Lampe!
• Halte eines der Kabel parallel zur Kompassnadel unter den Kompass und warte bis die Nadel still steht!
• Tausche die Glühlampe aus und wiederhole den vorherigen Schritt!
• Kannst Du die Aussage der Physiker bestätigen?
• Woran hast Du das erkannt?
• Spekuliere, was passieren wird, wenn Du den Transformator umpolst, also die Anschlüsse + und - vertauschst!
  Überprüfe Deine Vermutung!

Wir sagen, dass die elektrische Stromstärke $I$ umso größer ist, je weiter eine Magnetnadel ausgelenkt wird oder je heller eine Lampe leuchtet. Wir sagen auch, dass die elektrische Stromstärke um so kleiner ist, je weniger die Magnetnadel ausgelenkt wird oder je dunkler eine Lampe leuchtet.

Offensichtlich leuchteten im Versuch 1 beide Lampen unterschiedlich hell, obwohl am Transformator nichts geändert wurde. Wir können daher sagen, dass sich die Stromstärke $I$ je nach eingesetzter Lampe verändert. Die Lampe muss also eine Eigenschaft besitzen, die die Stromstärke beeinflusst. Physiker nennen diese Eigenschaft den "elektrischen Widerstand" der Lampe. Nicht nur Lampen sondern alle elektrischen Geräte besitzen einen elektrischen Widerstand.

Die Stromstärke & der Widerstand

Aufgabe

1. Beschreibe in Deinen eigenen Worten den Begriff '"elektrischer Widerstand"'!
2. Ergänze die folgenden Aussagen, übertrage die richtige Aussage in Deine Mappe und streiche die falschen Aussagen!

Eine hell leuchtende Lampe deutet auf
eine kleinere Stromstärke die gleiche Stromstärke eine größere Stromstärke	und einen größeren Widerstand und einen kleineren Widerstand und den gleichen Widerstand
hin als bei einer schwächer leuchtenden Lampe.

  Versuch 3

Abbildung 3

Montiere den DynaMot wie in der Abbildung 3 gezeigt an der Tischplatte.

• Drehe an der Kurbel und beobachte, mit welchem Kraftaufwand Du kurbelst!
• Schließe jetzt eine Lampe an den DynaMot an und beobachte, mit welchem Kraftaufwand Du nun kurbelst!
• Erkläre, wie diese Veränderung zustande kommt!

Ein in Reihe geschaltetes Vielfachmessgerät kann als Stromstärke-Messgerät eingesetzt werden

Schaltzeichen eines Strommessgerätes

Mit einem Vielfach­messgerät lässt sich u.a. die Strom­stärke messen. Um die Strom­stärke zu messen wird das Vielfach­messgerät wie ein Elektro­gerät in Reihe geschaltet, so dass der elektrische Strom durch das Mess­gerät fließt.

Um verschiedene Stromstärken zu messen oder vergleichen zu können, hat man für die Stromstärke eine eigene physikalische Größe eingeführt. Wie praktisch alle physikalischen Größen besteht die Stromstärke auch aus einem Zahlenwert und einer Einheit. Die Einheit der Stromstärke $I$ ist das Ampère (Abkürzung: $1A$).

Messen der Stromstärke

Um die Stromstärke zu messen, wähle zunächst die größte Einstellung im Bereich $A$. Beim abgebildeten Vielfach­messgerät ist das der Bereich bis $200m$ wobei das $m$ hier die vom Millimeter bekannte Vorsilbe Milli- (Tausendstel) ist. Bei dieser Einstellung reicht der Messbereich also bis maximal $200mA$ (sprich: 200 Milli-Ampère.)
Wenn Du feststellst, dass der Messwert kleiner als $20mA$ ist - UND NUR DANN - kannst Du den Drehschalter auf $20mA$ herunter drehen um genauere Werte abzulesen.

  Versuch 4

Schalte eine Lampe an einen Transformator und miss die Stromstärke.

• Ersetze die Lampe durch eine andere Glühlampe und wiederhole Deine Messung!

Verwende nun an Stelle des Transformators einen DynaMot und drehe an der Kurbel!

• Beobachte sowohl die Stromstärke als auch die Helligkeit der Lampe!

  Versuch 5

A) Stelle die Spannung am Transformator auf 12 V, schalte eine Lampe an den Transformator und miss die Stromstärke wie in der Abbildung gezeigt! Achte auf die Helligkeit der Lampe und notiere die angezeigte Stromstärke $I_A$ in Deinem Protokoll!

B) Schalte nun eine weitere (identische) Lampe in den Stromkreis ein, wie in der Abbildung gezeigt und zeichne den zugehörigen Schaltplan! Achte auf die Helligkeit der Lampen und notiere die angezeigte Stromstärke $I_B$ in Deinem Protokoll! Drehe eine Lampe aus der Fassung und notiere Deine Beobachtung!

C) Schalte nun beide (identische) Lampe parallel in den Stromkreis, wie in der Abbildung gezeigt und zeichne den zugehörigen Schaltplan! Achte auf die Helligkeit der Lampen und notiere die angezeigte Stromstärke $I_C$ in Deinem Protokoll! Drehe eine Lampe aus der Fassung und notiere Deine Beobachtung!

Die Reihenschaltung

Eine Schaltung, deren Elektrogeräte so zusammengeschlossen sind, dass genau ein Anschluss eines Elektrogerätes mit genau einem Anschluss eines anderen Elektrogerätes verbunden ist, nennt man "Reihenschaltung".

Die Parallelschaltung

Eine Schaltung, deren Elektrogeräte so zusammengeschlossen sind, dass beide Anschlüsse eines Elektrogerätes mit beiden Anschlüssen eines anderen Elektrogerätes verbunden sind, heißt "Parallelschaltung".

Die Stellen einer Schaltung an denen Anschlüsse von Elektrogeräten zusammentreffen nennt man "Knotenpunkte" oder "Knoten". Die Leitungen vom Transformator zu den Knotenpunkten nennt man Hauptzweige der Schaltung, die Leitungen von den Knotenpunkten zu den angeschlossenen Elektrogeräten nennt man Parallelzweige. Für die Stromstärke gilt die Knotenregel.

Die Knotenregel

An einem Knotenpunkt einer Schaltung ist die Summe der hinein fließenden elektrischen Stromstärke gleich der wegfließenden Stromstärke. Wie sich der Strom verteilt, ist jedoch abhängig davon, was hinter dem Knoten kommt!

Aufgabe

A) An welchen Stellen der gezeichneten Schaltung könnte ein Messgerät eingebaut werden, mit dem man die Gesamtstromstärke messen kann?

B) Trage in die obige Zeichnung die Richtung ein, in die der elektrische Strom fließt!
C) Die Stromstärke an der Stelle i beträgt 0,025A, an der Stelle a beträgt die Stromstärke 0,045A, die Lampen sind alle identisch. Bestimme die Stromstärke an allen anderen eingetragenen Stellen!
D) In einem neuen Versuch beträgt die Stromstärke an der Stelle j 0,015A, und 0,03A an der Stelle d, die Lampen sind wieder alle identisch. Bestimme die Stromstärke an allen anderen eingetragenen Stellen!