Elektrischer Strom entsteht durch die Bewegung von Ladungsträgern (z.B. Elektronen). Die Stromstärke I gibt an, wie viel Ladung pro Zeit fließt:
Formel: I = Q / t
- I = Stromstärke in Ampere (A)
- Q = Ladung in Coulomb (C)
- t = Zeit in Sekunden (s)
1 Ampere = 1 Coulomb pro Sekunde
Lösung:
- Gegeben: I = 2 A, t = 10 s
- Gesucht: Q
- Formel umstellen: Q = I · t
- Berechnung: Q = 2 A · 10 s = 20 C
Antwort: Durch die Lampe fließen 20 Coulomb Ladung.
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Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Spannung, Stromstärke und Widerstand:
U = R · I
- U = Spannung in Volt (V)
- R = Widerstand in Ohm (Ω)
- I = Stromstärke in Ampere (A)
Merksatz: Je höher die Spannung, desto höher die Stromstärke (bei gleichem Widerstand). Je höher der Widerstand, desto geringer die Stromstärke (bei gleicher Spannung).
Lösung:
- Gegeben: U = 12 V, I = 0,5 A
- Gesucht: R
- Formel umstellen: R = U / I
- Berechnung: R = 12 V / 0,5 A = 24 Ω
Antwort: Der Widerstand beträgt 24 Ohm.
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Die elektrische Leistung P gibt an, wie viel Energie pro Zeit umgesetzt wird:
P = U · I
- P = Leistung in Watt (W)
- U = Spannung in Volt (V)
- I = Stromstärke in Ampere (A)
1 Watt = 1 Joule pro Sekunde
Die Leistung beschreibt, wie "stark" ein elektrisches Gerät ist. Eine 100-W-Glühbirne setzt mehr Energie um als eine 60-W-Glühbirne.
Lösung:
- Gegeben: U = 230 V, I = 0,3 A
- Gesucht: P
- Formel: P = U · I
- Berechnung: P = 230 V · 0,3 A = 69 W
Antwort: Die Lampe hat eine Leistung von 69 Watt.
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Die elektrische Energie E gibt an, wie viel Energie insgesamt umgesetzt wurde:
E = U · I · t
oder alternativ:
E = P · t
- E = Energie in Joule (J) oder Wattsekunden (Ws)
- P = Leistung in Watt (W)
- t = Zeit in Sekunden (s)
Wichtig: In der Praxis wird elektrische Energie oft in Kilowattstunden (kWh) angegeben.
1 kWh = 1000 W · 3600 s = 3.600.000 Ws = 3,6 MJ
Lösung:
- Gegeben: P = 2000 W, t = 5 min = 300 s
- Gesucht: E
- Formel: E = P · t
- Berechnung: E = 2000 W · 300 s = 600.000 Ws = 600 kWs = 0,167 kWh
Antwort: Der Wasserkocher verbraucht 600 kWs oder etwa 0,17 kWh.
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1. Ladung und Stromstärke: Q = I · t
2. Ohmsches Gesetz: U = R · I
3. Elektrische Leistung: P = U · I
4. Elektrische Energie: E = U · I · t = P · t
Wichtige Einheiten:
- Stromstärke: 1 Ampere (A) = 1 C/s
- Spannung: 1 Volt (V)
- Widerstand: 1 Ohm (Ω)
- Leistung: 1 Watt (W) = 1 J/s
- Energie: 1 Joule (J) = 1 Ws oder 1 Kilowattstunde (kWh)