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Elektrizität und elektrische Energie

Elektrische Energie wird mithilfe von Elektrizität übertragen und ist die Basis für Lichtquellen. Sie fließt in einem Stromkreis durch elektrischen Strom. Möchtest du mehr darüber erfahren? Dann lies weiter! Neugierig geworden? All das und noch viel mehr kannst du im folgenden Text entdecken.

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Team Digital
Elektrizität und elektrische Energie
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Elektrizität und elektrische Energie Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Elektrizität und elektrische Energie kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne eine Ursache für Elektrizität.

    Tipps

    Es ist nur eine Antwort richtig.

    Denke an das folgende Phänomen: Sobald man einen Luftballon an den Haaren reibt, stellen sich die Haare auf.

    Wenn zwei Materialien aneinanderreiben, dann werden dabei Ladungen übertragen.

    Lösung

    Eine Ursache für Elektrizität ist das Verhalten von elektrischen Ladungen. Das Verhalten kann durch verschiedene Mechanismen verursacht werden, beispielsweise durch Reibung.
    Die Reibung verursacht eine Ladungstrennung, wodurch elektrische Energie freigesetzt wird.
    Elektrizität schließt alle Phänomene ein, die durch das Verhalten und die Wechselwirkungen zwischen elektrischen Ladungen hervorgerufen werden.


    • Verhalten von elektrischen Ladungen
    $\Rightarrow$ Diese Antwort ist richtig.


    • Verdampfen von Wasser
    $\Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.


    • Erhitzen eines Leiters
    $\Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.


    • Mischen von verschiedenen Flüssigkeiten
    $\Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.
  • Beschreibe die elektrische Energie.

    Tipps

    In jedem Körper sind zunächst die Ladungsträger gleich verteilt.

    Werden die Ladungsträger getrennt, wird die verrichtete Arbeit als elektrische Energie gespeichert.

    Bewegen sich elektrische Ladungen, wird Energie freigesetzt, welche dann umgewandelt werden kann.

    Lösung

    Elektrische Energie ist eine Form von Energie, die durch das Vorhandensein und die Bewegung von elektrischen Ladungen erzeugt wird.


    Die elektrische Energie ist eine Form von Energie, die durch die Bewegung elektrischer Ladungen freigesetzt wird.

    Die elektrische Energie kann gespeichert, transportiert und in andere Energie umgewandelt werden.

    Das Formelzeichen für die elektrische Energie ist $E$ und die Einheit wird in Joule ($\boldsymbol{\pu{J}}$) angegeben.

  • Erkläre die elektrische Energie an einem Stromkreis.

    Tipps

    Die elektrische Energie in einem Stromkreis ist die Menge an Energie, die durch den Fluss von elektrischem Strom umgewandelt wird.

    Die Spannung $U$ ist ein Maß für die Energie, die in der getrennten Ladung vorhanden ist.

    Elektrische Energie wird erst frei, sobald eine Energiequelle angeschlossen ist und ein Strom fließt.

    Lösung

    Die elektrische Energie in einem Stromkreis ist die Menge an Energie, die durch den Fluss von elektrischem Strom freigesetzt wird.

    Folgende Aussagen sind also richtig:

    Die elektrische Quelle setzt die elektrische Energie frei.

    Die Spannung $U$ bezeichnet das Potential, das in den getrennten Ladungen steckt.

    Setzen sich Ladungsträger in Bewegung, fließt Strom.

    Eine Batterie ist ein Energiespeicher.

    Eine angeschlossene Batterie wird zur Energiequelle, sodass Strom fließt, der die freigesetzte elektrische Energie transportiert.

  • Berechne die elektrische Energie.

    Tipps

    Die elektrische Energie ist die Menge an Energie, die im Stromkreis durch den Stromfluss über eine bestimmte Zeitspanne freigesetzt wird.

    Der Stromfluss ist abhängig von der Spannung $U$ und der Ladung $Q$.

    Für die Berechnung kannst du diese Formel verwenden:

    $E=U \cdot Q$

    Lösung

    Die elektrische Energie ist die Menge an Energie, die durch die Bewegung von Ladungen freigesetzt wird. Die Ladungen bewegen sich aufgrund der Spannung, die eine treibende Kraft für den Stromfluss darstellt.


    Um die elektrische Energie im Stromkreis zu berechnen, benötigen wir die Spannung und die Ladung. Folgende Informationen sind gegeben:

    • Spannung: $V=\pu{9 V}$
    • Ladung: $Q=105~\text{C}$

    Für die elektrische Energie gilt diese Gleichung:

    $E=Q\cdot U$

    Wir berechnen die elektrische Energie, indem wir die gegebenen Werte einsetzen:

    $E=Q\cdot U=105~\pu{C}\cdot \pu{9 V}=945~\pu{J}$

    Die elektrische Energie im Stromkreis beträgt:

    $E=945~\pu{J}$

  • Sortiere die Phänomene danach, ob sie etwas mit Elektrizität zu tun haben oder nicht.

    Tipps

    Überlege dir, bei welchen Phänomenen elektrische Ladungen beteiligt sind und bei welchen nicht.

    Lösung

    Elektrizität umfasst alle Phänomene, die durch das Verhalten und die Wechselwirkungen zwischen elektrischen Ladungen entstehen, und ist eng mit dem Konzept der elektrischen Energie verbunden.


    Folgende Phänomen gehören zur Kategorie „Elektrizität“:

    • eine Glühbirne leuchtet
    • ein Ballon haftet an einer Wand
    • ein Blitz am Himmel
    • Anziehung vom Elektromagneten

    Folgende Phänomen gehören zur Kategorie „keine Elektrizität“:

    • ein Läufer beschleunigt
    • Eiswürfel schmelzen in Wasser

  • Ermittle die elektrische Energie einer LED-Lampe.

    Tipps

    Folgende Informationen sind gegeben:

    • Leistung der LED-Lampe: $P=40~\pu{W}$
    • Zeit: $t=1~\pu{h}$

    Rechne die Zeit passend in Sekunden um.

    Um die elektrische Energie zu berechnen, muss die Gleichung $P=\dfrac{E}{t}$ nach der Energie $E$ umgestellt werden.

    Lösung

    Die Leistung ist eine physikalische Größe, die die Menge an Energie pro Zeiteinheit angibt, die von einem System umgewandelt wird. Sie wird in Watt $\pu{W}$ oder $\dfrac{\text{J}}{\text{s}}$ angegeben.

    Um die elektrische Energie, die während der Zeit umgewandelt wird, berechnen zu können, benötigen wir die Leistung und die Zeit.

    Folgende Informationen sind gegeben:

    • Leistung der LED-Lampe: $P=40~\pu{W}$
    • Zeit: $t=1~\pu{h}=3\,600~\pu{s}$

    Für die Leistung gilt diese Gleichung:

    $P=\dfrac{E}{t}$

    Für die Berechnung der nutzbaren Energie müssen wir die Formel zunächst durch Multiplizieren von $t$ umstellen:

    $P=\dfrac{E}{t}~\Leftrightarrow~ P \cdot t=E$

    Jetzt können wir die Werte eingesetzen und die elektrische Energie berechnen:

    $E=40~\pu{\dfrac{J}{s}} \cdot 3\,600~\pu{s}=144\,000~\pu{J}$

    Die umgewandelte Energie einer $40$-$\pu{W}$-LED-Lampe innerhalb einer Stunde beträgt:

    $E=144\,000~\pu{J}$