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Physik Step 49 (neu)

Lernkarten zu Step 49 des Grundlagenfachs Physik: Spannung, Stromstärke und Widerstand (Voltmeter, Ohm'sches Gesetz, elektrische Leistung, Joule'sche Wärme, kWh).

Lernkarten zu Step 49 des Grundlagenfachs Physik: Spannung, Stromstärke und Widerstand (Voltmeter, Ohm'sches Gesetz, elektrische Leistung, Joule'sche Wärme, kWh).

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Langue
Allemand
Catégorie
Physique
Niveau
Collège
Créé / Mis à jour
23.10.2026 / 23.10.2026
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Cartes-fiches

Wie ist die elektrische Spannung definiert? Formelzeichen und Einheit?

U = E/Q – die Energie pro Ladung, die eine Quelle jeder Ladung mitgibt (bzw. die der Verbraucher wieder aufnimmt). Formelzeichen U, Einheit Volt (V), 1 V = 1 J/C.

Eine Batterie gibt jeder durchlaufenden Ladung von Q = 2,0 C insgesamt E = 18 J Energie mit. Wie gross ist ihre Spannung?

U = E/Q = 18 J / 2,0 C = 9,0 V
Wie viel Energie gibt eine Steckdose (U = 230 V) einer Ladung von Q = 5,0 C mit?

E = U ⋅ Q = 230 V ⋅ 5,0 C = 1150 J ≈ 1,2 ⋅ 10³ J

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

Parallel zum Bauteil (eine Klemme an jedes Ende), weil eine Spannung immer zwischen zwei Punkten besteht.

Warum muss der Innenwiderstand eines Voltmeters sehr gross sein?

Parallel geschaltet bietet es dem Strom einen zweiten Weg; nur bei grossem Widerstand zweigt fast kein Strom durch das Messgerät ab, und der Kreis wird nicht verfälscht (ideal: unendlich gross).

Stelle Ampèremeter und Voltmeter gegenüber: Schaltung und Innenwiderstand?

Ampèremeter: misst Strom, in Reihe, kleiner Innenwiderstand. Voltmeter: misst Spannung, parallel, grosser Innenwiderstand.
Wie lautet das Ohm'sche Gesetz, und wie berechnet man daraus den Widerstand?

U = R ⋅ I; umgestellt R = U/I (und I = U/R). Bei einem Ohm'schen Widerstand sind Spannung und Stromstärke proportional.

Welche Einheit hat der Widerstand, und was bedeutet 1 Ω?

Ohm (Ω), 1 Ω = 1 V/A: Bei einer Spannung von 1 V fliesst ein Strom von 1 A.

Was zeichnet die U-I-Kennlinie eines Ohm'schen Widerstands aus?

Eine Gerade durch den Ursprung (U ∼ I). Steile Gerade (viel Strom je Volt) = kleiner Widerstand, flache Gerade = grosser Widerstand.

Warum ist die Kennlinie einer Glühlampe keine Gerade?

Mit steigender Spannung wird der Draht heiss, und ein heisser Draht hat einen grösseren Widerstand; U und I sind dann nicht mehr proportional – die Kennlinie ist gekrümmt.
An einem Widerstand liegt U = 12 V, dabei fliesst I = 0,50 A. Wie gross ist der Widerstand?

R = U/I = 12 V / 0,50 A = 24 Ω

Ein Heizwiderstand von R = 50 Ω wird an U = 230 V angeschlossen. Welcher Strom fliesst?

I = U/R = 230 V / 50 Ω = 4,6 A

Wie leitet man die elektrische Leistung P = U ⋅ I her?

P = E/t; mit E = U ⋅ Q folgt P = U ⋅ Q/t, und Q/t = I ⇒ P = U ⋅ I. Einheit Watt, 1 W = 1 V⋅A.

Welche drei Formen der elektrischen Leistung gibt es, und wie entstehen sie?

P = U ⋅ I; mit U = R ⋅ I wird daraus P = R ⋅ I²; mit I = U/R wird daraus P = U²/R. Man wählt die Form nach den bekannten Grössen.
Auf einem Föhn steht „230 V, 2000 W“. Welcher Strom fliesst, und welchen Widerstand hat die Heizung?

I = P/U = 2000 W / 230 V ≈ 8,70 A; R = U²/P = (230 V)² / 2000 W ≈ 26,5 Ω

Eine Herdplatte (R = 50 Ω) liegt an 230 V. Welche Leistung nimmt sie auf? Prüfe mit einer zweiten Formel.

P = U²/R = (230 V)² / 50 Ω ≈ 1,1 ⋅ 10³ W. Selbstcheck: I = U/R = 4,6 A, P = U ⋅ I = 230 V ⋅ 4,6 A ≈ 1,1 ⋅ 10³ W ✓

Was ist die Joule'sche Wärme, und wie entsteht sie?

Die Wärme, die in einem Widerstand entsteht, wenn Strom fliesst: Die Elektronen stossen an die Gitter-Ionen und geben Bewegungsenergie ab, die Ionen schwingen heftiger – der Draht wird warm.

Wie berechnet man die Heizleistung eines Widerstands, und warum wächst sie so stark mit dem Strom?

P = R ⋅ I² (gleichwertig U ⋅ I oder U²/R). Der Strom geht quadratisch ein: doppelter Strom ⇒ vierfache Heizleistung.
Durch einen Heizdraht mit R = 20 Ω fliesst I = 3,0 A. Welche Heizleistung gibt er ab?

P = R ⋅ I² = 20 Ω ⋅ (3,0 A)² = 20 Ω ⋅ 9,0 A² = 1,8 ⋅ 10² W

In welchen drei Schritten löst man eine Aufgabe „ein elektrisches Gerät heizt Wasser auf“?

1. Heizleistung P elektrisch bestimmen (U ⋅ I, U²/R oder R ⋅ I²), 2. nötige Wärme Q = c ⋅ m ⋅ ΔT, 3. Heizdauer t = Q/P.

Ein Tauchsieder (R = 26 Ω, U = 230 V) erwärmt 0,50 kg Wasser von 20,0 °C auf 100,0 °C. Wie lange dauert das? (c = 4182 J/(kg⋅K), keine Verluste)

P = U²/R = (230 V)² / 26 Ω ≈ 2,0 ⋅ 10³ W; Q = c ⋅ m ⋅ ΔT = 4182 J/(kg⋅K) ⋅ 0,50 kg ⋅ 80,0 K ≈ 1,7 ⋅ 10⁵ J; t = Q/P = 167280 J / 2034,6 W ≈ 82 s

Wie berechnet man die elektrische Energie, die ein Gerät in der Zeit t umsetzt?

E = P ⋅ t = U ⋅ I ⋅ t (in Joule, wenn P in W und t in s). Im Alltag: Leistung in kW mal Zeit in h ergibt die Energie in kWh.
Rechne 1 kWh in Joule um.

1 kWh = 1 kW ⋅ 1 h = 1000 W ⋅ 3600 s = 3,6 ⋅ 10⁶ J = 3,6 MJ

Eine 60-W-Lampe brennt 5,0 h. Wie viel Energie verbraucht sie, und was kostet das bei 0,25 Fr./kWh?

E = P ⋅ t = 0,060 kW ⋅ 5,0 h = 0,30 kWh; Kosten = 0,30 kWh ⋅ 0,25 Fr./kWh = 0,075 Fr. (rund 7,5 Rappen)

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