Physik

Zerstörung der Gitterordnung beim Schmelzpunkt.
Bsp.: Schmelzwärme des Wassers QS = 334 kJ/kg  

Überwindung der Kohäsionskräfte beim Siedepunkt.
Verdampfungswärme des Wassers: QV = 2258 kJ/kg

Verdunstungswärme: Überwindung der Kohäsionskräfte vor dem Siedepunkt.

Bsp.: Kühleffekt auf nasser Haut, Abkühlung beim Schwitzen, Funktionsprinzip des Kühlschrankes. 

Dampfkochtopf und Autoklav.  

Als Wärmekapazität C bezeichnet man diejenige Wärmemenge, die man einem Kilogramm eines Körpers zuführen muss, damit sich die Temperatur um 1 Grad erhöht Der Zusammenhang zwischen zugeführter Wärmemenge und der dadurch bewirkten Temperaturerhöhung lautet:

Q = m * C * ∆T 

Wärmeleitung: Wärmetransport durch Teilchenstösse. Metalle sind gute, Nichtmetalle schlechte Wärmeleiter.

Konvektion: Übertragung von Wärme durch Umwälzung von Flüssigkeiten oder Gasen. Bsp.: Zentralheizung, Luftzirkulation in beheizten Räumen

Wärmestrahlung: Wärmetransport als elektromagnetische Wellen (Infrarotstrahlung).  

Alle Körper, ob fest, flüssig oder gasförmig, dehnen sich beim Erwärmen aus, da der Platzbedarf der Partikel mit zunehmender thermischer Bewegung anwächst.

Die Wärmeausdehnung eines festen Körpers oder einer Flüssigkeit ist eine Folge des Wechselspiels zwischen Molekularkräften und thermischer Bewegung der Partikel. Die Ausdehnung ist umso grösser, je kleiner die Molekularkräfte sind.

Diese Eigenschaft wird in Flüssigkeitsthermometern ausgenutzt.

Anomalie des Wassers:
Dichtemaximum bei 4°C; sprunghafte Volumenzunahme beim Gefrieren. Grund: Wasserstoffbrücken zwischen Wassermolekülen und daraus resultierende Hohlraumstrukturen. 

• Flüssigkeitsthermometer
• Elektrische Thermometer
• Ohrthermometer 

Celsiusskala
Fixpunkte: 0°C = Schmelzpunkt von Wasser 100°C = Siedepunkt von Wasser bei Normaldruck

Kelvinskala
0 K = –273°C (absoluter Nullpunkt)
Die Kelvinskala übernimmt die Einteilung der Celsiusskala.  

Schutz vor starker Unterkühlung im Winter und/oder Überhitzung im Sommer durch Regulation des Stoffwechsels, Muskelaktivitäten, Kontrolle der Blutzirkulation, Schwitzen. 

Die Spannung U ist ein Mass für das Ladungsungleichgewicht zwischen zwei Polen. Sie kommt durch Ladungstrennung, also durch Arbeit (Energieaufwand) zustande. Durch ihren Einfluss werden Ladungsträger zum Fliessen gebracht; es entsteht ein elektrischer Strom. Einheit: Volt (V) 

• Batterien und Akkumulatoren: Ladungstrennung durch chemische Vorgänge (Redoxreaktionen) → Gleichspannung

• Generatoren und Dynamos: Ladungstrennung durch Induktion (rotierender Magnet in einer Spule) → Wechselspannung

• Solarzellen: Ladungstrennung mit Licht → Gleichspannung

Elektrische Ströme sind bewegte Ladungen (meist Elektronen, in Elektrolytlösungen Ionen). Bedingungen für Stromfluss sind eine Spannungsquelle und ein geschlossener Stromkreis.  

Die Ladungsträger fliessen immer in die gleiche Richtung (vom − zum +).  

Die Ladungsträger wechseln periodisch ihre Richtung. 

Die Stromstärke I ist die Ladungsmenge, die pro Zeiteinheit fliesst.
Einheit: Ampère (A) 1 A = 6,25 * 1018 Elektronen pro Sekunde

Faktoren, welche die Stromstärke beeinflussen:
• Spannung U: Höhere Spannungen bewirken höhere Stromstärken
• Widerstand R: Grosse Widerstände bewirken kleinere Stromstärken

Widerstände werden durch die Länge und Dicke der Leitungen sowie eingeschaltete elektrische Geräte verursacht. Sie werden in Ohm angegeben.

Ohmsches Gesetz: U = R * I oder I = U / R

Leiter enthalten frei bewegliche Ladungsträger (Elektronen oder Ionen). Bsp.: Elektronengas in Metallen und Kohle, Ionen in Elektrolyten.

In Elektrolytlösungen laufen bei Stromfluss Redoxreaktionen an den Elektroden ab → Elektrolyse

Halbleiter leiten den Strom nur bei höheren Temperaturen.
Bsp.: Halbmetalle wie Silicium; Verwendung in Computern 

Nichtleiter oder Isolatoren enthalten keine frei beweglichen Ladungsträger.
Bsp.: Porzellan, Luft, Plastik, Glas, Gummi
Sie werden aber leitend, wenn sie feucht sind oder sehr grosse Spannungen herrschen.

Trennung geladener Teilchen in einem elektrischen Feld. Gele wirken als Sieb, die Teilchen nach Grösse und Ladung auftrennen.

Netzstrom hat eine Frequenz von 50 Hertz, d.h. die Elektronen ändern pro Sekunde 100 mal ihre Richtung. Er kommt durch eine Wechselspannung von 230 Volt zustande. 

• Polleiter oder Phase nennt man den spannungsführenden Draht.

• Der Neutralleiter oder Nulleiter steht nicht unter Spannung. Er schliesst den Stromkreis.

• Der Schutzleiter (Schutzerdung) verbindet das Gerätegehäuse mit der Erde und leitet gefährliche Fehlerströme in die Erde ab. Er dient als Schutz für den Gerätebenutzer, wenn das Gehäuse infolge eines Defektes unter Spannung steht. Dabei schmilzt die Sicherung durch und unterbricht den Stromkreis.

Geräte, die in ein Kunststoffgehäuse eingepackt sind (Schutzisolierung) können bei einem Defekt nie leitend werden.
eshalb wird die Schutzerdung weggelassen. Bsp.: Radio, Fernseher 

Normalstromkreis: Geräte werden zwischen Phase und Nulleiter geschaltet und wandeln elektrische Energie in andere Energieformen um.
 

Erdschluss-Stromkreis: Geräte sind zwischen Phase und Erde geschaltet. Bsp. Eisenbahn: Fahrleitung = Phase und Schienen = Erde.  

P = U * I Einheit: Watt

Die Leistung gibt das Tempo der Energieumwandlung an

 E = P * t Einheit: kWh

Funktion: Sicherungen sind Einrichtungen, welche die Stromstärke in einem Stromkreis auf ein ungefährliches Mass begrenzen und so Schäden (Brände) verhindern.

Schmelzsicherungen: Eine Sicherung besteht aus einem dünnen Draht, der in einen Keramikkörper eingebaut ist. Fliesst zuviel Strom, so schmilzt dieser Draht und unterbricht damit den Stromfluss.

Fehlerstromschutzschalter: Vergleichen Stromstärken von Polleiter/Neutralleiter und unterbrechen den Stromkreis bei Abweichungen. 

• Zu viele Geräte im gleichen Stromkreis angeschlossen → zu hohe Gesamtleistung, Maximalstromstärke wird überschritten

• Kurzschlüsse: Direkte Verbindung zwischen den Polen einer Spannungsquelle, ohne dass ein Verbraucherwiderstand vorhanden ist. Dies bewirkt sehr grosse Stromstärken und damit sehr grosse Wärmeentwicklung (Gefahr eines Brandes).  

• Wärme und Lichtwirkung: Stromdurchflossene Leiter erwärmen sich durch "Reibung" der Elektronen an den Atomrümpfen. Die Drähte können glühend werden und senden Licht und Wärme aus. Bsp.: Herdplatte, Glühbirne

• Magnetische Wirkung: Fliessen Ströme, so entstehen magnetische Kräfte. Bsp.: Elektromagnet, Lautsprecher, Elektromotor

• Chemische Wirkung: Elektrolyse  

Situationen, in denen Ströme durch unseren Körper geleitet werden, sind gefährlich. Deshalb sollte man nie Bestandteil eines Stromkreises werden. Je nach Stromstärke und Spannung können Lähmungen (Muskeln, Atmung, Herz) oder Verbrennungen verursacht werden.
 

Letale Stromstärke: 80 mA

Letale Spannung: 50 V