Blatt für Lehrkräfte · 15–16 Jahre · etwa 45–50 Minuten
Stromstärke, Spannung, Widerstand und Leistung
Lektionsseite: echoesof.science/school/de/electricity/ages-15-16/ · Arbeitsblatt für Schülerinnen und Schüler: echoesof.science/school/de/electricity/ages-15-16/print/
Lernziele
- I = ΔQ/Δt anwenden und technische Stromrichtung und Elektronenfluss unterscheiden.
- U = R·I sowie die Regeln für Reihen- und Parallelwiderstände anwenden.
- Leistung (P = UI, RI², U²/R) und Energie in J und kWh berechnen.
- Den Widerstand eines Drahtes untersuchen und die Methode bewerten.
Stundenverlauf
| Zeit | Aktivität |
|---|---|
| 5 Min. | Einstieg: Warum steht auf einem Handy-Ladegerät 5 V, 2 A? Wie groß ist seine Leistung? |
| 10 Min. | Den Text lesen; ein Beispiel zum ohmschen Gesetz und eines zur Parallelschaltung. |
| 25 Min. | Praktikum Drahtwiderstand zu zweit. |
| 5 Min. | R gegen L auftragen; Erwärmung und Übergangswiderstand besprechen. |
| 5 Min. | Quiz oder Stromkreis-Rechner als Hausaufgabe. |
Material für den Versuch
- Etwa 1,2 m dünner Widerstandsdraht aus Konstantan oder Nichrom, entlang eines Meterstabs festgeklebt
- Ein Niederspannungs-Gleichstromnetzgerät oder Batteriepack (max. 3 V) und ein Schalter
- Ein Amperemeter und ein Voltmeter (oder zwei Multimeter)
- Kabel mit Krokodilklemmen
- Optional: ein Festwiderstand zum Schutz des Stromkreises
Sicherheit: Nur Niederspannung (max. 3 V). Der Widerstandsdraht kann bei kurzen Längen heiß werden: Zwischen den Messungen ausschalten und den Draht nicht berühren, solange Strom fließt. Den Draht nie ohne Amperemeter und Schalter direkt an das Netzgerät anschließen.
Häufige Fehlvorstellungen
| Schülerinnen und Schüler denken vielleicht… | Tatsächlich… |
|---|---|
| Strom wird auf seinem Weg durch den Stromkreis verbraucht. | Die Stromstärke ist überall in einer Reihenschleife gleich; an die Bauteile wird Energie übertragen. |
| Parallel hinzugefügte Widerstände erhöhen den Gesamtwiderstand. | Sie verringern ihn: Es gibt mehr Wege für den Strom. |
| Die kWh ist eine Einheit der Leistung. | Sie ist eine Einheit der Energie: 3,6 × 10⁶ J. |
Lösungen zum Arbeitsblatt
- U = R·I. I = 9 / 47 ≈ 0,19 A.
- Reihe: 50 Ω. Parallel: 1/Rp = 1/20 + 1/30 = 5/60, also Rp = 12 Ω.
- E = 0,06 kW × 150 h = 9 kWh; 9 × 0,30 € = 2,70 €.
- Eine Gerade (ungefähr) durch den Ursprung: R ∝ L. Fehlerquellen: Erwärmung des Drahtes (zwischen den Messungen ausschalten), Übergangswiderstand an den Klemmen, Ablesen der Länge bis zum Klemmenrand.
Lösungen zum Quiz
- Eine Ladung von 30 C fließt in 10 s an einem Punkt vorbei. Die Stromstärke beträgt… 3 A. I = ΔQ/Δt = 30/10 = 3 A.[1]
- Eine 6-V-Batterie treibt 0,5 A durch einen Widerstand. Sein Widerstand beträgt… 12 Ω. R = U/I = 6/0,5 = 12 Ω.[2]
- Zwei 10-Ω-Widerstände parallel haben einen Gesamtwiderstand von… 5 Ω. 1/Rp = 1/10 + 1/10 = 1/5.[3]
- Ein Wasserkocher zieht 10 A aus dem 230-V-Netz. Seine Leistung beträgt… 2300 W. P = U·I = 230 × 10 = 2300 W.[4]
- Ein 2-kW-Heizgerät läuft 3 Stunden. Die umgesetzte Energie beträgt… 6 kWh. E = P·t = 2 kW × 3 h = 6 kWh.[4]
- In einem Metalldraht bewegen sich die Elektronen… entgegen der technischen Stromrichtung. Die technische Stromrichtung ist die Richtung, in die sich positive Ladung bewegen würde.[1]
Weiterführend
Wiederhole mit einem dickeren Draht aus demselben Stoff. Sage voraus und teste dann, wie die Querschnittsfläche R beeinflusst.
Quellen dieser Lektion
- [1] College Physics 2e AP, 20.1 Current (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
- [2] College Physics 2e, 20.2 Ohm's Law: Resistance and Simple Circuits (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
- [3] College Physics 2e, 21.1 Resistors in Series and Parallel (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
- [4] College Physics, 20.4 Electric Power and Energy (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
- [5] College Physics 2e AP, 18.2 Conductors and Insulators (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
Vollständige Liste mit Links und einer Einschätzung der Zuverlässigkeit jeder Quelle: echoesof.science/school/de/electricity/sources/
Datenschutz: Die Lektionsseiten haben keine Werbung, kein Tracking und keine Cookies. Quizantworten und Spielstände bleiben im Browser der Schülerinnen und Schüler. Ein kurzes Video für jede Altersstufe folgt.