Physik Step 48 (neu)

Lernkarten zu Step 48 des Grundlagenfachs Physik: Elektrischer Strom und Leiter (Stromstärke, Driftgeschwindigkeit, Ampèremeter, Leiter und Isolatoren, Widerstand).

Lernkarten zu Step 48 des Grundlagenfachs Physik: Elektrischer Strom und Leiter (Stromstärke, Driftgeschwindigkeit, Ampèremeter, Leiter und Isolatoren, Widerstand).


R. H.
Cartes-fiches
24
Utilisateurs
0
Langue
Allemand
Catégorie
Physique
Niveau
Collège
Créé / Mis à jour
23.10.2026 / 23.10.2026

Cartes-fiches

Wie entsteht in einem Metall ein elektrischer Strom?

Die frei beweglichen Leitungselektronen bewegen sich ohne Quelle nur ungeordnet (kein Strom); eine Stromquelle schiebt sie zusätzlich gemeinsam in eine Richtung – diese gerichtete Bewegung ist der Strom.

Warum fliesst Strom nur in einem geschlossenen Stromkreis?

Elektronen können nicht aus dem Draht verschwinden: Damit am einen Ende welche nachrücken, müssen am anderen ständig welche abfliessen – wie Wasser in einer Rohrleitung, das nur im Kreis dauerhaft strömen kann.

Was wird im Stromkreis „verbraucht“ – die Ladung oder die Energie?

Nur die Energie wird umgewandelt (Licht, Wärme, Bewegung). Die Ladung ist eine Erhaltungsgrösse und fliesst im Kreis weiter – der Strom ist vor und nach dem Verbraucher gleich gross.

Nenne vier Vorteile der elektrischen Energie.

1. leicht über Drähte transportierbar, 2. vielseitig umwandelbar (Licht, Wärme, Bewegung, Schall), 3. sauber und bequem am Verbrauchsort, 4. fein und genau steuerbar.

In welche Richtung zeigt die technische Stromrichtung, und in welche bewegen sich die Elektronen?

Technische Stromrichtung: vom Pluspol durch den äusseren Kreis zum Minuspol. Die Elektronen wandern genau umgekehrt, vom Minus- zum Pluspol.

Wie ist die elektrische Stromstärke definiert? Formelzeichen und Einheit?

I = Q/t – die pro Zeit durch den Leiterquerschnitt fliessende Ladung. Formelzeichen I, Einheit Ampère (A), mit 1 A = 1 C/s.

Durch einen Draht fliesst in 2,0 min eine Ladung von 36 C. Wie gross ist die Stromstärke?

Zeit in Sekunden: t = 2,0 min = 120 s. I = Q/t = 36 C / 120 s = 0,30 A

Wie viel Ladung ist 1 Ah, und wie viel Ladung kann ein Akku mit 3,0 Ah abgeben?

1 Ah = 1 A ⋅ 3600 s = 3600 C. Q = 3,0 Ah = 3,0 ⋅ 3600 C ≈ 1,1 ⋅ 10⁴ C

Wie lange hält ein Akku mit Q = 10800 C, wenn das Gerät konstant I = 0,20 A zieht?

Q = I ⋅ t ⇒ t = Q/I = 10800 C / 0,20 A = 5,4 ⋅ 10⁴ s = 15 h

Worin unterscheiden sich Gleichstrom und Wechselstrom? Nenne je ein Beispiel.

Gleichstrom (DC) fliesst immer in dieselbe Richtung – Batterie, Akku. Wechselstrom (AC) wechselt periodisch die Richtung – Steckdose, in der Schweiz mit 50 Hz, sinusförmig.

Was ist der Unterschied zwischen Momentangeschwindigkeit und Driftgeschwindigkeit eines Elektrons?

Momentangeschwindigkeit: sehr gross (über 10⁶ m/s), aber ungeordnet. Driftgeschwindigkeit: die viel kleinere mittlere Vorwärtsgeschwindigkeit des ganzen Elektronengases (Bruchteile von mm/s).

Warum ist die Driftgeschwindigkeit so viel kleiner als die Momentangeschwindigkeit?

Die schnellen ungeordneten Bewegungen heben sich im Mittel fast vollständig auf; nur ein winziger gerichteter Überschuss bleibt übrig – das ist die Drift.

Wie lange braucht ein Elektron mit v_drift = 0,10 mm/s im Mittel für 1,0 m Draht?

v_drift = 0,10 mm/s = 1,0 ⋅ 10⁻⁴ m/s; t = s / v_drift = 1,0 m / (1,0 ⋅ 10⁻⁴ m/s) = 1,0 ⋅ 10⁴ s (fast drei Stunden)

Warum leuchtet eine Lampe sofort, obwohl die Elektronen so langsam driften?

Der Draht ist bereits voll von Leitungselektronen; beim Einschalten setzt sich die ganze Kette praktisch gleichzeitig in Bewegung – wie eine volle Wasserleitung, die sofort am anderen Ende spritzt.

Wie wird ein Ampèremeter in den Stromkreis geschaltet, und warum?

In Serie (in Reihe): Der Draht wird aufgetrennt und das Gerät dazwischengesetzt, damit der ganze Strom hindurchfliesst. Parallel angeschlossen flösse nur ein Teil des Stroms durch das Gerät – die Anzeige wäre zu klein.

Warum muss der Innenwiderstand eines Ampèremeters sehr klein sein?

Es sitzt im Strompfad; ein grosser Widerstand würde den Strom im ganzen Kreis verringern und so genau das verfälschen, was gemessen werden soll. Klein ⇒ der Strom bleibt fast unverändert.

Worin unterscheiden sich Leiter und Isolatoren? Nenne je zwei Beispiele.

Leiter haben frei bewegliche Ladungsträger und leiten gut (Kupfer, Silber); in Isolatoren sind alle Elektronen fest gebunden, es fliesst praktisch kein Strom (Kunststoff, Glas).

Wofür stehen im Kollisionsmodell die kleinen Kügelchen, die grossen Stifte und die Neigung des Bretts?

Kleine Kügelchen = Elektronen, grosse festsitzende Stifte = Gitter-Ionen, Neigung des Bretts = Antrieb durch die Batterie.

Warum wird ein stromdurchflossener Draht warm? (Kollisionsmodell)

Die Batterie beschleunigt die Elektronen; bei jedem Stoss an ein Gitter-Ion geben sie Bewegungsenergie ab, die Ionen schwingen heftiger – das bedeutet höhere Temperatur. Elektrische Energie wird so zu innerer Energie (Wärme).

Wie kommt der elektrische Widerstand eines Metalldrahts zustande?

Durch die Stösse der Elektronen an die Gitter-Ionen, die den Stromfluss behindern; je stärker die Elektronen gebremst werden, desto grösser ist der Widerstand R.

Wovon hängt der Widerstand eines Drahtes ab? (Formel)

R = ρ ⋅ l / A: proportional zur Länge l, umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche A, Material über den spezifischen Widerstand ρ – und zusätzlich von der Temperatur.

Ein Kupferdraht hat l = 20 m und A = 1,5 mm²; ρ = 1,7 ⋅ 10⁻⁸ Ω⋅m. Wie gross ist sein Widerstand?

A = 1,5 mm² = 1,5 ⋅ 10⁻⁶ m²; R = ρ ⋅ l / A = 1,7 ⋅ 10⁻⁸ Ω⋅m ⋅ 20 m / (1,5 ⋅ 10⁻⁶ m²) ≈ 0,23 Ω

Warum nimmt der Widerstand eines Metalldrahts mit steigender Temperatur zu?

Bei höherer Temperatur schwingen die Gitter-Ionen heftiger und sind grössere, „wackelndere“ Hindernisse; die Elektronen stossen häufiger an und werden stärker gebremst.

Was ist Supraleitung?

Unterhalb einer materialabhängigen Sprungtemperatur T_c fällt der Widerstand mancher Stoffe schlagartig auf exakt null; Strom fliesst dann ohne Widerstand und ohne Erwärmung (Anwendung: sehr starke Magnete, z. B. im MRT).

Étudier