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Spannung und Stromstärke

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Team Entdeckungsreise
Spannung und Stromstärke
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Grundlagen zum Thema Spannung und Stromstärke

Die Begriffe Spannung und Stromstärke sind wichtige Größen in der Physik. Doch wie wirken diese Größen eigentlich auf die Elektronen? In diesem Video wird dir gezeigt was die physikalischen Größen Spannung, Stromstärke, elektrische Arbeit und Leistung sind. Zudem wird dir gezeigt, wie diese richtig verwendet werden. Diese Begriffe werden dir an alltäglichen Beispielen gezeigt. Auch lernst du, wie diese physikalischen Größen die Elektronen in einem Leiter beeinflussen, in einer Animation, kennen. Zudem erfährst du die Antwort auf die Frage: "Wird Strom verbraucht?". Weiterhin wird dir gezeigt, was wir bei einer Stromrechnung nun eigentlich bezahlen und was das mit einer Fahrkarte zu tun hat.

10 Kommentare

10 Kommentare
  1. Gut zusammen gefasst, hatte auf eine Zusammenfassung und eine Definition der Spannung gehofft

    Von Jojo, vor 9 Monaten
  2. Hatte auf eine konkrete Definition der Spannung gehofft

    Von Hannah Kriechbaum, vor 11 Monaten
  3. Hallo Soognarf,
    die elektrische Leistung P berechnet sich über P = U mal I. Ihre Einheit ist das Watt W.

    Die elektrische Arbeit W und auch die elektrische Energie E besitzt die Einheit Joule J.

    Im Video wird über die Einheiten gesprochen und nicht über die Formelzeichen.

    Von Karsten S., vor etwa 4 Jahren
  4. das verwirrt mich jetzt ! Ich dachte immer, die Leistung ist P= U mal I un Watt und W ist die elektr. Arbeit in Ws, warum ist die Leistung elektr hier W ?

    Von Soognarf, vor etwa 4 Jahren
  5. für mich leider nicht so gut erklärt deshalb nichtgut verstanden.
    trotzdem danke :D

    Von Ben R., vor etwa 5 Jahren
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Spannung und Stromstärke Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Spannung und Stromstärke kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Eigenschaften der elektrischen Spannung.

    Tipps

    Schließt man zwei metallische Platten an eine Spannungsquelle an, dann werden die Platten umso stärker geladen, je höher die Spannung der Quelle ist.

    Lösung

    Der elektrische Strom basiert auf dem einfachen physikalischen Phänomen, dass sich unterschiedliche elektrische Ladungen anziehen und gleiche elektrische Ladungen abstoßen. Elektrischen Ladungen üben also eine Kraft aufeinander aus und können einander in Bewegung versetzen. Zwischen zwei unterschiedlich geladenen Punkten ergibt sich dabei ein elektrisches Feld. Je höher der Ladungsunterschied ist, desto stärker ist auch das elektrische Feld.

    Die elektrische Spannung gibt nun an, welche Energie aufgewendet werden muss, oder welche Energie frei wird, wenn sich eine Ladung in diesem Feld bewegt. Sie entspricht daher der Energie pro Ladung.

  • Beschreibe die elektrischen Größen.

    Tipps

    Die Spannung ist ein Maß für die Fähigkeit einer Stromquelle, mechanische Energie zu liefern.

    $1\text{ Watt}=1\frac{\text{ Joule}}{\text{Sekunde}}$

    Die Einheit für die elektrische Energie ist Joule.

    Lösung

    Die elektrische Spannung ist ein Maß für die Fähigkeit einer Stromquelle, Arbeit zu verrichten. Sie gibt dabei an, welche Energie benötigt wird, oder welche Energie frei wird, wenn sich eine Ladung in einem elektrischen Feld bewegt.

    Eine Spannung kann also eine Ursache dafür sein, dass sich elektrische Ladungen bewegen. Wie viele Ladungen dann pro Sekunde aufgrund der Spannung durch den Stromkreis fließen, gibt die Stromstärke an.

    Das Produkt aus Spannung und Stromstärke ist die elektrische Leistung. Diese gibt an, welche elektrische Energie (mit der Einheit Joule pro Sekunde), verbraucht wird.

  • Bestimme die elektrische Leistung.

    Tipps

    Die elektrische Leistung ist das Produkt aus der Spannung und der Stromstärke.

    Die Leistung in Watt gibt an, wie viel Energie (in Joule) ein elektrisches Gerät pro Sekunde verbraucht.

    Ein Kilojoule entspricht 1000 Joule.

    Lösung

    Die elektrische Leistung ist das Produkt aus der anliegenden Spannung und der Stromstärke. Ihre Einheit ist das Watt, das einem Joule pro Sekunde oder einem Ampere mal einem Volt entspricht. Die Leistung des Kessels beträgt also: $P_{Kessel}=I\cdot U=3,6\,\text{A}\cdot 230 \,\text{V}=828\,\text{W}=828\frac{\,\text{J}}{\,\text{s}}$.

    Der Kessel setzt also pro Sekunde eine Energiemenge von $828\,\text{Joule}$ um. In $15\,\text{s}$ beträgt die gesamte verbrauchte Energiemenge demnach: $E=P\cdot t=828\,\text{W}\cdot 15\,\text{s}=828\frac{\,\text{J}}{\,\text{s}}\cdot 15\,\text{s}=12\,420\,\text{J}=12,42\,\text{kJ}$. Der Kessel setzt also in einer halben Stunde eine Energie von $12,42\,\text{Kilojoule}$ um.

  • Bestimme die Kosten.

    Tipps

    Die elektrische Leistung erhältst du, indem du die Spannung und Stromstärke multiplizierst.

    Es gilt:

    $E=P\cdot t$

    Dabei ist $E$ die elektrische Energie, $P$ die elektrische Leistung und $t$ die Zeit.

    Lösung

    Wir entnehmen der Aufgabe die folgenden Größen:

    • Spannung: $~U=230\ \text{V}$
    • Stromstärke: $~I=2\ \text{A}$
    • Betriebszeit: $~t=10\ \text{h}$
    • Arbeitspreis: $~0,2\ \text{€/kWh}$
    Wir berechnen zunächst einmal die elektrische Leistung $P$. Diese entspricht dem Produkt von Spannung und Stromstärke:

    • $P=U\cdot I=230\ \text{V}\cdot 2\ \text{A}=460\ \text{W}=0,46\ \text{kW}$
    Jetzt können wir die elektrische Energie berechnen, die bei $10$ Stunden Betrieb umgewandelt wird:

    • $E=P\cdot t=0,46\ \text{kW}\cdot 10\ \text{h}=4,6\ \text{kWh}$
    Damit fallen bei $10$ Stunden Betrieb folgende Kosten an:

    • $4,6\ \text{kWh}\cdot 0,2\ \text{€/kWh}=0,92\ \text{€}$
  • Nenne die Einheiten der elektrischen Größen.

    Tipps

    Ohm ist die Einheit des elektrischen Widerstands.

    $1\,\text{W}=1\,\frac{\text{J}}{\text{s}}$

    Coulomb ist die Einheit der elektrischen Ladung.

    Lösung

    Die wichtigsten Größen der Elektronik und ihre Einheiten sind:

    • Spannung $U$ in Volt ($\text{V}$)
    • Stromstärke $I$ in Ampere ($\text{A}$)
    • Widerstand $R$ in Ohm ($\Omega$)
    • Ladung $Q$ in Coulomb ($\text{C}$)
    • Leistung $P_{el}$ in Watt ($\text{W}$)
    • Energie $E_{el}$ in Joule ($\text{J}$)
    In einem Stromkreis gelten dabei die Gleichungen:
    • $U=R\cdot I$
    • $I=\frac{Q}{t}$
    • $P_{el}=U\cdot I$
    • $P_{el}=\frac{E_{el}}{t}$

  • Ermittle jeweils die elektrische Energie.

    Tipps

    Gehe wie folgt vor:

    1. Berechne zunächst die elektrische Leistung $P$ mit $P=U\cdot I$.
    2. Berechne dann die elektrische Energie $E$ mit $E=P\cdot t$.

    Gib die elektrische Energie in Kilojoule an.

    Bei der Rechnung musst du auch auf die Umrechnung der Zeiteinheiten achten.

    Lösung

    Wir gehen bei allen Aufgaben wie folgt vor:

    1. Wir berechnen zunächst die elektrische Leistung $P$ mit $P=U\cdot I$.
    2. Wir berechnen schließlich die elektrische Energie $E$ mit $E=P\cdot t$ in Kilojoule.
    Wir können aber auch direkt die Formel $E=U\cdot I\cdot t$ verwenden. Somit erhalten wir:

    Beispiel 1

    Gegeben: $120\ \text{V}$ und $0,5\ \text{A}$ und $t=10\ \text{min}=600\ \text{s}$

    Gesucht: $E$

    Lösung: $E= 120\ \text{V}\cdot 0,5\ \text{A}\cdot 600\ \text{s}=36000\ \text{J}=36\ \text{kJ}$

    Beispiel 2

    Gegeben: $12\ \text{V}$ und $3,75\ \text{A}$ und $t=10\ \text{min}=600\ \text{s}$

    Gesucht: $E$

    Lösung: $E= 12\ \text{V}\cdot 3,75\ \text{A}\cdot 600\ \text{s}=27000\ \text{J}=27\ \text{kJ}$

    Beispiel 3

    Gegeben: $120\ \text{V}$ und $0,25\ \text{A}$ und $t=10\ \text{min}=600\ \text{s}$

    Gesucht: $E$

    Lösung: $E= 120\ \text{V}\cdot 0,25\ \text{A}\cdot 600\ \text{s}=18000\ \text{J}=18\ \text{kJ}$

    Beispiel 4

    Gegeben: $12\ \text{V}$ und $3\ \text{A}$ und $t=10\ \text{min}=600\ \text{s}$

    Gesucht: $E$

    Lösung: $E= 12\ \text{V}\cdot 3\ \text{A}\cdot 600\ \text{s}=21600\ \text{J}=21,6\ \text{kJ}$

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