1. Stromkreise
1.1 Einfache elektrische Stromkreise
Erklärung
Ein elektrischer Stromkreis ist eine geschlossene Verbindung, durch die elektrischer Strom fließen kann. Damit Strom fließt, muss der Stromkreis geschlossen sein – eine Unterbrechung verhindert den Stromfluss.
Bauteile eines einfachen Stromkreises:
- Spannungsquelle (z.B. Batterie): liefert die Energie
- Verbraucher (z.B. Glühbirne, Motor): nimmt die Energie auf
- Leiter (Drähte): verbinden die Bauteile
- Schalter: öffnet oder schließt den Stromkreis
Schaltzeichen werden verwendet, um Stromkreise in einem Schaltplan darzustellen. Jedes Bauteil hat ein genormtes Symbol.
Beispiel: Taschenlampe
Eine Taschenlampe ist ein einfacher Stromkreis:
- Batterie → liefert Strom
- Schalter → beim Einschalten geschlossen
- Glühbirne oder LED → leuchtet auf
- Metallgehäuse/Drähte → Leiter
Ist der Schalter offen (AUS), fließt kein Strom – die Lampe leuchtet nicht.
Zeichnung
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Aufgabenpool 1.1.2: Einfache Stromkreise – Selbsttest [0/4]
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1.2 Reihenschaltung und Parallelschaltung
Erklärung
Alle Verbraucher sind hintereinander in einem einzigen Stromkreis geschaltet.
- Die Stromstärke ist überall gleich: I₁ = I₂ = I
- Die Spannung teilt sich auf: U = U₁ + U₂
- Fällt ein Verbraucher aus, erlischt der gesamte Stromkreis
Parallelschaltung:
Die Verbraucher sind nebeneinander in parallelen Zweigen geschaltet.
- Die Spannung ist in jedem Zweig gleich: U₁ = U₂ = U
- Der Strom teilt sich auf: I = I₁ + I₂
- Fällt ein Verbraucher aus, funktionieren die anderen weiter
Beispiel: Lichterkette vs. Hausinstallation
- Alte Lichterketten (Reihenschaltung): Brennt eine Birne durch, gehen alle aus.
- Hausinstallation (Parallelschaltung): Jede Steckdose liegt parallel – fällt eine aus, funktionieren die anderen weiter.
Zeichnung
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Aufgabenpool 1.2.2: Reihen- und Parallelschaltung – Selbsttest [0/4]
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1.3 Elektrische Quellen
Erklärung
| Quelle | Energieumwandlung |
|---|---|
| Batterie | Chemische Energie → Elektrische Energie |
| Akku | Chemische Energie ↔ Elektrische Energie (aufladbar) |
| Generator | Mechanische Energie → Elektrische Energie |
| Solarzelle | Lichtenergie → Elektrische Energie |
Batterie vs. Akku:
- Batterie (Primärzelle): einmalig verwendbar, nicht aufladbar
- Akku (Sekundärzelle): mehrfach aufladbar, langfristig günstiger und umweltfreundlicher
Beispiel: Energiequellen im Alltag
- Fernbedienung: AA-Batterie (nicht aufladbar)
- Smartphone: Lithium-Ionen-Akku (aufladbar, hunderte Ladezyklen)
- Fahrrad-Dynamo: Generator (Bewegung → Strom → Licht)
- Taschenrechner mit Solarzellen: Licht → Strom (kein Batteriewechsel nötig)
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Aufgabenpool 1.3.2: Elektrische Quellen – Selbsttest [0/4]
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Experiment: Licht als Energiequelle: die Solarzelle Klasse: 7 | Dauer: 15 min | Schwierigkeit: einfach
Material
- 1 Solarzelle (klein)
- 1 Batterieindikator (Stromanzeiger)
- 2 Krokodilklemmen
Aufbau
Verbinde die Solarzelle mit dem Batterieindikator: rote Klemme an den Plus-Pol der Solarzelle, schwarze Klemme an den Minus-Pol.
Durchführung
1. Bedecke die Solarzelle vollständig mit der Hand. Beobachte den Indikator.
2. Nimm die Hand weg – die Solarzelle liegt im Raumlicht. Beobachte den Indikator.
3. Leuchte mit einer Taschenlampe direkt auf die Solarzelle.
4. Variiere den Abstand der Lampe zur Solarzelle.
Auswertung
- Wann schlägt der Indikator aus – wann nicht?
- Was liefert hier die Energie für den Strom?
- Was passiert, wenn du die Lampe weiter weg hältst? Erkläre mit dem Energiebegriff.
Experiment: Chemische Energie: das galvanische Element Klasse: 7 | Dauer: 20 min | Schwierigkeit: mittel
Material
- 1 flache Wanne oder Schale
- 1 Kupferplatte
- 1 Zinkplatte
- 1 Stück Filz
- Zitronensäure (Pulver oder Lösung)
- 1 Batterieindikator
- 2 Krokodilklemmen
Aufbau
Lege die Zinkplatte in die Wanne, dann den mit Zitronensäurelösung getränkten Filz darauf, dann die Kupferplatte obendrauf. Verbinde Zink mit dem Minus-Pol und Kupfer mit dem Plus-Pol des Batterieindikators.
Durchführung
1. Befeuchte den Filz gut mit der Zitronensäurelösung.
2. Lege Zinkplatte – Filz – Kupferplatte übereinander in die Wanne.
3. Schließe den Batterieindikator an und beobachte den Ausschlag.
4. Trenne die Metalle und beobachte, was passiert.
5. Notiere: Material, Aufbau, Beobachtung.
Auswertung
- Wann fließt Strom – wann nicht?
- Was liefert hier die Energie?
- Vergleiche deinen Aufbau mit einer handelsüblichen Batterie: Was haben beide gemeinsam?
Erweiterte Information: Ausblick Klasse 9: Bewegung als Energiequelle (Induktion)
In einer Spule aus Kupferdraht entsteht Strom, wenn sich ein Magnet oder Eisenstab darin bewegt. Man nennt das elektromagnetische Induktion. Dieses Prinzip steckt in jedem Fahrrad-Dynamo und in großen Kraftwerksgeneratoren.
Material: Kupferdrahtspule (auf Glasrohr), Eisenstab, Batterieindikator, 2 Krokodilklemmen
Aufbau: Verbinde die beiden Enden der Spule mit dem Batterieindikator. Der Eisenstab wird frei in die Spule hinein- und herausbewegt.
Durchführung:
1. Halte den Stab ruhig in der Mitte der Spule – beobachte den Indikator.
2. Bewege den Stab langsam hinein und heraus – beobachte den Indikator.
3. Bewege den Stab schnell hinein und heraus – vergleiche den Ausschlag.
4. Halte den Stab wieder still. Was zeigt der Indikator?
Auswertung:
- Wann fließt Strom – wann nicht?
- Was liefert hier die Energie für den Strom?
- Was ändert sich bei schnellerer Bewegung?
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1.4 Elektrische Leiter und Isolatoren
Erklärung
Materialien werden nach ihrer elektrischen Leitfähigkeit eingeteilt:
Elektrische Leiter:
- Lassen Strom gut fließen
- Besitzen freie Elektronen, die sich bewegen können
- Beispiele: Kupfer, Silber, Gold, Aluminium, Graphit, Salzwasser
Isolatoren (Nichtleiter):
- Lassen keinen Strom fließen
- Keine freien Elektronen
- Beispiele: Kunststoff, Gummi, Glas, Holz (trocken), Porzellan
Halbleiter:
- Leiten unter bestimmten Bedingungen (z.B. Temperatur, Licht)
- Grundlage moderner Elektronik (z.B. Transistoren, Solarzellen)
Beispiel: Aufbau eines Elektrokabels
Ein Haushaltskabel besteht aus zwei Schichten:
- Innen: Kupferlitze (Leiter) – leitet den Strom
- Außen: Kunststoffmantel (Isolator) – schützt vor gefährlicher Berührung
Dieser Aufbau aus Leiter + Isolator ist bei allen elektrischen Kabeln und Geräten zu finden.
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Aufgabenpool 1.4.2: Leiter und Isolatoren – Selbsttest [0/4]
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