Spannung und Stromstärke – Lösungen

a Spannung: Die Spannung gibt an, wie viel Energie pro Elektron von der Energiequelle zum Energiewand­ler (z.B. eine Lampe) übertragen wird.
Stromstärke: Die Stromstärke gibt an, wie viele Elektronen pro Sekunde durch eine bestimmte Stelle des Stromkreises fließen.

b Die Spannung einer Energiequelle gibt an, wie viel Energie pro Elektron von der Energiequelle zur Verfügung gestellt wird.
Die Spannung an einer Lampe gibt an, wie viel Energie pro Elektron an die Lampe übertragen wird. Diese Werte müssen nicht gleich sein, z. B. wenn der Stromkreis mehrere Lampen, aber nur eine Energiequelle enthält.

c Maya hat recht. Es gibt Spannung ohne Stromstärke, aber keine Stromstärke ohne Spannung. Die Spannung ist der Antrieb der Elektronen. Ohne den Antrieb bewegen sich Elektronen nicht im Stromkreis und somit gibt es keine Strom­stärke. Ein typisches Beispiel für Spannung ohne Stromstärke ist die Spannung zwischen den Polen eine Batterie, die nicht in einen Stromkreis eingebaut ist.

a Ein Kabel des Spannungsmessgeräts steckt man entweder in die Anschlussstelle A oder B, das andere Kabel in die Anschluss­ stelle C oder D ein. Idealerweise misst man möglichst dicht am Bauteil, bei der Lampe also von B nach C.
b Man entfernt das Kabel zwischen den Anschlussstellen A und B bzw. zwischen C und D und schließt dort die Kabel des Strommessgeräts an.
Alternativ kann man den Stromkreis auch an einer Anschluss­ stelle öffnen und die Kabel in das Messgerät einstecken.

a Wichtige Begriffe sind: Energie, Sekunde, Zeit, Spannung, Stromstärke und Elektronen.
b Die elektrische Leistung gibt an, wie viel elektrische Energie ein Gerät pro Sekunde benötigt bzw. wie viel Energie im Stromkreis pro Sekunde transportiert wird. Im Gegensatz zur Energie ist sie also eine zeitabhängige Größe, die angibt, mit welcher Geschwindigkeit Energie übertragen wird.

c Jeffs Aussage ist falsch. Die Stunde in der Einheit Kilowattstun­de hat nichts mit der Dauer zu tun, in der diese Energiemenge tatsächlich umgewandelt wird. Man kann 1 kWh Energie auch in längerer oder kürzerer Zeit als einer Stunde umwandeln.

a Gegeben:  P = 1100 W; Spannung am Haushaltstromnetz: U = 230 V  

Gesucht: Stromstärke I  

P= \( \frac{U}{I} \)

Gleichung umstellen: I = \( \frac{P}{U} \)

I = \( \frac{1100 W}{230 V} \) = 4,78 A 

Die Stromstärke, die durch den Toaster fließt, beträgt etwa 4,78 A. 

b Gegeben:  P = 1100 W= 1,1 kW;  t = 2 Minuten= 0,03 Stunden  

Gesucht: Energie E 

E = P · t  

E= 1,1 kW · 0,03 h = 0,033 kWh 

Die benötigte elektrische Energie beträgt etwa 0,033 Kilowattstunden. 

a Man benötigt die Angaben zur Leistung (in Watt) und zur Spannung (in Volt) des Waffeleisens.

b Gegeben: Leistung P = 1000 W, Spannung U = 230 V
Gesucht: Stromstärke I
I = \( \frac{P}{U} \)

I = \( \frac{1000 W}{230 V} \) ≈ 4,35 A
Die Stromstärke in der Zuleitung eines Waffeleisens beträgt etwa 4,35 A.

c Für drei Waffeleisen beträgt die Gesamtstromstärke: I_ges= 3 · 4,35 A ≈ 13,05 A
Da die Gesamtstromstärke von 13,05 A unter der maximalen Stromstärke von 16 A liegt, können die drei Waffeleisen an der gleichen Kabeltrommel mit 16-A-Sicherung betrieben werden.

d Gegeben: Leistung eines Waffeleisens P = 1000 W = 1 kW, Betriebsdauer t = 4 Stunden, Anzahl der Waffeleisen = 3
Gesucht: Energiebedarf E in kWh
E = P · t · Anzahl der Waffeleisen
E = 1 kW · 4 h · 3 = 12 kWh
Der Energiebedarf der drei Waffeleisen beträgt 12 kWh.

e Gegeben: Energiebedarf E = 12 kWh, Preis pro kWh = 0,35 €
Gesucht: Energiekosten in €
Kosten = E · Preis pro kWh
Kosten = 12 kWh · 0,35 € = 4,20 €
Die Energiekosten für den Einsatz der drei Waffeleisen an dem Tag betragen 4,20 €.