Check-up – Elektrischer Strom und elektrische Ladung – Lösungen

Mit einer Glimmlampe kann die Ladungsart festgestellt werden. Bei einer Glimmlampe leuchtet das Gas immer an der Elektrode auf, an der die Elektronen in die Lampe eintreten.

Einige mögliche Beispiele sind:

• Gewitter: Bei einem Gewitter trennt sich die elektrische Ladung in den Wolken und zwischen den Wolken und der Erde. Dies führt zur Entstehung von Blitzen, die durch den Ladungsausgleich entstehen.

• Batterie: In einer Batterie wird die elektrische Ladung getrennt, um einen Stromkreis zu ermöglichen. Wenn die Batterie leer ist, ist die Ladung nicht mehr getrennt und somit nicht mehr nutzbar.

• Glimmlampe: Mit Glimmlampen kann der Ladungstransport sichtbar gemacht werden. Die Lampen leuchten auf, wenn Elektronen in sie eintreten, und zeigen somit die Bewegung der elektrischen Ladung.

• Leuchtstofflampen: In Leuchtstofflampen wird das Verhalten von Gasen unter speziellen Bedingungen verändert, sodass sie den elektrischen Strom leiten und dabei Licht erzeugen.

• Lackieren: Beim Sprühlackieren von Autos oder anderen Oberflächen wird oft elektrostatische Lackierung verwendet. Dabei werden die Lackpartikel elektrisch aufgeladen und zu den negativ geladenen Oberflächen gezogen. Dies sorgt für eine gleichmäßige und effiziente Beschichtung.

• Türklinke berühren: Wenn man Wollsocken auf einem Teppich reibt, übertragen sich Elektronen, und die Person wird elektrisch geladen. Das führt dazu, dass man einen kleinen elektrischen Schlag fühlen kann, wenn man z.B. eine Metalltürklinke berührt.

• Trampolinspringen: Beim Springen auf einem Trampolin reibt sich die Kleidung oder Haut am Trampolinstoff, was zu einer Ladungstrennung führen kann. Dadurch können Personen statisch aufgeladen werden, das sich an aufgestellten Haaren bemerkbar machen kann.

• …

Sowohl Metalle als auch andere Stoffe bestehen aus Atomen, die aus einem positiv geladenen Atomkern und der Atomhülle bestehen, in denen sich die Elektronen befinden. In einem Metall können sich die Elektronen  frei bewegen. Bewegen sich die freien Elektronen in eine Richtung, dann fließt ein elektrischer Strom. In den meisten anderen Stoffen können sich die Elektronen nicht frei bewegen, somit kann auch kein elektrischer Strom fließen.

a Falsch: Besonders an erhöhten Punkten können Blitze einschlagen.
b Richtig.
c Richtig.
d Falsch: Die Kontakte einer Steckdose dürfen auf keinen Fall berührt werden.
e Richtig.

a 

© Cornelsen\newVISION! GmbH, Bernhard A. Peter

b Anhand des Bildes ist zu erkennen, dass es zur Abstoßung kommt. Das heißt, dass die beide Platten gleich geladen sein müssen. Wenn der linke Körper positiv geladen ist, muss der rechte somit auch positiv geladen sein.

Ein elektrisches Feld ist der Bereich um einen elektrisch geladenen Körper, in dem Kräfte auf andere Körper wirken. Die Feldlinienbilder des Feldes sind eine modellhafte Darstellung, die die Struktur und Richtung der Kräfte im elektrischen Feld veranschaulichen. Feldlinien existieren jedoch nicht in der Realität, sondern dienen nur zur Visualisierung der Kraftrichtung und -stärke im Feld.

Die Metallkugel wird durch die Hochspannung elektrisch geladen. Um die Kugel herum existiert ein elektrisches Feld, das auf Probekörper (Fäden) Kräfte ausübt. Die Fäden veranschaulichen den Verlauf des elektrischen Feldes (radiales Feld).

Da Kunststoff ein Nichtleiter ist, dient das Gehäuse dem Schutz. Sollte in den Geräten ein Fehler in den Stromkreisen sein, so ist der Mensch geschützt, wenn er es von außen berührt.

Sind im Wasser Salze gelöst, sind auch ausreichend Ladungsträger vorhanden. Schließt man eine Spannungsquelle an, kann im Wasser auch ein elektrischer Strom fließen.

Es werden eine Batterie, drei Verbindungsleiter, eine Glühlampe und zwei Krokodilklemmen benötigt. Die Batterie wird mit der Lampe und den anderen Kabeln in einen unverzweigten Stromkreis eingebaut. Zwischen die beiden Klemmen können dann die zu untersuchenden Stoffe eingebaut werden. Ist dort ein leitender Stoff eingebaut, leuchtet die Lampe.

Elektrische Kabel bestehen aus metallischen Leitern (Kupfer, Aluminium) und Ummantelungen aus Kunststoff. Die metallischen Leiter sollen den elektrischen Strom leiten. Metalle wie Kupfer oder Aluminium sind gute elektrische Leiter. Damit sich die metallischen Leiter nicht gegenseitig berühren und einen Kurzschluss hervorrufen, müssen sie gegeneinander isoliert sein. Dazu verwendet man Kunststoffe. Das sind Nichtleiter (Isolatoren).

Zum Beispiel:

a Im Gegensatz zu einem Dauermagneten kann man einen Elektromagneten nach Bedarf einschalten und ausschalten, indem man den Strom durch die Drahtwicklung einschaltet bzw. ausschaltet.

b Mithilfe von Elektromagneten lassen sich z. B. schwere Lasten anheben und wieder loslassen (Hebekräne auf Schrottplätzen). Die Funktionsweise von elektrischen Klingeln basiert auf Elektromagneten. Auch in Haushaltssicherungen (Sicherungsautomat) und Türöffnern finden Elektromagnete Verwendung.

Ein einfacher Stromkreis besteht aus einer elektrischen Energiequelle, einem Energiewandler, einem Schalter und Kabeln.

Grafik folgt

① Der Stromkreis ist nicht geschlossen. Das zweite Kabel fehlt.

② Kurzschluss, beide Kabel stecken auf demselben Anschluss.

③ Der Stromkreis ist nicht geschlossen. Das zweite Kabel geht nicht zur Batterie.

④ Die Batterie ist nicht richtig angeschlossen. Beide Kabel klemmen am gleichen Pol.

a Die linke Schaltung ist eine Parallelschaltung, die rechte eine Reihenschaltung.

b Bei der Parallelschaltung leuchtet die andere Lampe weiter, wenn eine Lampe aus der Fassung gedreht wird, da der Stromweg durch die herausgedrehte Lampe unterbrochen ist, aber die andere Lampe weiterhin mit elektrischer Energie versorgt wird.

Bei der Reihenschaltung erlöschen beide Lampen, wenn eine Lampe aus der Fassung gedreht wird, da der Stromkreis unterbrochen wird und kein Strom mehr fließen kann.

Die Lampen sind parallelgeschaltet. Wenn eine Lampe kaputt geht, so können die anderen trotzdem noch weiter leuchten und das Zimmer wird beleuchtet.

In einer Reihenschaltung fließt der Strom nacheinander durch alle drei Glühlampen. Dies führt dazu, dass jede Lampe weniger hell leuchtet, weil sich die Energie verteilt. Bei einer Parallelschaltung fließt der Strom durch jede Glühlampe einzeln. Dadurch leuchten alle Lampen gleich hell, weil jede Lampe die volle Energie erhält.