Lösungen zu den Teste-dich-Aufgaben
a Im Energieträgermodell stellt man sich vor, dass sich in einem Stromkreis negativ geladene Elektronen durch die Kabel bewegen. Die Elektronen transportieren die elektrische Energie von einer elektrischen Energiequelle wie einer Batterie zu einem Energiewandler wie der Lampe. Der Minuspol der Batterie übergibt jedem Elektron ein Paket aus elektrischer Energie. Die Elektronen bewegen sich durch das Kabel und bringen die elektrische Energie zur Lampe. Dort gibt das Elektron das gesamte Energiepaket ab, und die abgegebene elektrische Energie wird in der Lampe in Licht umgewandelt. Die Elektronen, die ihr Energiepaket abgegeben haben, bewegen sich durch das andere Kabel zum Pluspol der Batterie. Diese gerichtete Bewegung der Elektronen vom Minuspol zum Pluspol heißt elektrischer Strom.
b Die elektrische Spannung ist die Energiemenge, die pro Elektron von der Energiequelle zum Energiewandler transportiert wird. Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viele Elektronen pro Sekunde durch eine bestimmte Stelle des Stromkreises strömen.
c Die elektrische Spannung einer Energiequelle ist die Energiemenge, die jedes Elektron von der Energiequelle erhält. Die elektrische Spannung an einer Lampe ist die Energiemenge, die pro Elektron an die Lampe abgegeben wird.
1: Jason hat das rote Kabel in den Volt-Anschluss gesteckt. Es muss aber in den Ampere-Anschluss.
2: Um die Spannung über dem Netzgerät zu messen, muss das Spannungsmessgerät parallel zum Netzgerät geschaltet werden. Lina hat es aber in Reihe geschaltet.
3: Ali hat das Drehrad auf Ampere gestellt, er muss es aber auf Volt stellen, um die Spannung zu messen.
a In einer Parallelschaltung ist die Gesamtspannung Uges gleich den Spannungen U1, U2 und U3 über den einzelnen Lampen.
Es gilt: Uges = U1 = U2 = U3.
b Ein mögliches Experiment könnte so ablaufen:
Material: Netzgerät, 3 unterschiedliche Glühlampen, Kabel, Spannungsmessgerät
Durchführung: Schaltet die drei Glühlampen parallel zueinander und verbindet sie mit dem Netzgerät. Schließt das Spannungsmessgerät an, um die Spannung über jeder einzelnen Glühlampe (U1, U2, U3) sowie die Gesamtspannung (Uges) zu messen. Bestimmt anhand der Messwerte den Zusammenhang zwischen der Gesamtspannung Uges und den Spannungen U1, U2 und U3.
a Leistung, Energie, Zeit, Spannung, Stromstärke, Watt, Kilowattstunde
b Elektrische Leistung ist die Geschwindigkeit, mit der ein elektrisches Gerät Energie umwandelt, und wird in Watt (W) gemessen. Sie gibt an, wie viel Energie pro Sekunde umgewandelt wird. Elektrische Energie hingegen ist die Gesamtmenge an Energie, die über einen bestimmten Zeitraum umgewandelt wird, und wird in Joule (J) oder Kilowattstunden (kWh) gemessen. Während die Leistung also die momentane Umwandlungsrate beschreibt, bezieht sich die Energie auf die gesamte umgewandelte Energiemenge über die Zeit.
c Nein, das stimmt nicht. Eine Kilowattstunde (kWh) ist eine Maßeinheit für Energie und gibt an, wie viel Energie ein Gerät mit einer Leistung von einem Kilowatt (kW) in einer Stunde verbraucht. Die Zeit, in der eine Kilowattstunde umgewandelt wird, hängt von der Leistung des Geräts ab. Ein Gerät mit einer Leistung von 2 kW würde beispielsweise eine Kilowattstunde in einer halben Stunde umwandeln, während ein Gerät mit einer Leistung von 0,5 kW dafür zwei Stunden benötigen würde.
| Größensymbol | Einheit | |
| Spannung | U | V |
| Stromstärke | I | A |
| Leistung | P | W |
| Energie | E | kWh |
a Gegeben: P = 1100 W
Die Spannung am Haushaltstromnetz beträgt U = 230 V
Gesucht: Stromstärke I
Lösung: P= U / I
Gleichung umstellen à I = P/ U
Einsetzen der Werte à I = 1100 W / 230 V= 4,78 A
Die Stromstärke, die durch den Toaster fließt, beträgt etwa 4,78 A.
b Gegeben:
– Leistung P = 1100 W= 1,1 kW
– Zeit t = 2 Minuten= 0,03 Stunden
Gesucht: Energie E
Lösung:
E = P * t
Einsetzen der Werte: E= 1,1 kW * 0,03 h = 0,033 kWh
Die benötigte elektrische Energie beträgt etwa 0,033 Kilowattstunden.
In der Schule können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um elektrische Energie zu sparen. Erstens sollten die Lichter in ungenutzten Räumen ausgeschaltet werden. Zweitens können Glühlampen durch energieeffiziente LEDs ersetzt werden. Drittens sollten elektrische Geräte wie Computer und Projektoren nur dann eingeschaltet werden, wenn sie tatsächlich benötigt werden. Viertens kann die Nutzung von Standby-Modi vermieden werden, indem Geräte komplett ausgeschaltet werden. Schließlich kann die Schule mit einem Ökostromanbieter zusammenarbeiten oder Solarzellen auf dem Schuldach installieren, um nachhaltige Energiequellen zu nutzen.