Grundwissen Elektrik â 9.Klasse - Julius-Echter-Gymnasium
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<strong>Grundwissen</strong> <strong>Elektrik</strong> – <strong>9.Klasse</strong><br />
Vorwissen: Eigenschaften von Dauermagneten und Eigenschaften von elektrischen Ladungen<br />
(siehe Natur und Technik, 7.Klasse)<br />
Magnetische Felder: Der von den magnetischen Kräften durchsetzte Raum heißt magnetisches<br />
Feld. Es kann durch Feldlinien veranschaulicht werden. Die Feldlinien geben<br />
die Richtung der Kraft auf den Nordpol einer Magnetnadel an.<br />
Feld eines Stabmagneten .........eines Hufeisenmagneten ............. einer Spule ....................... eines<br />
Leiters<br />
Rechte-Hand-Regel: Zeigt der Daumen beim Leiter in Stromrichtung von Plus nach Minus, so zeigen<br />
die gekrümmten Finger der rechten Hand in Richtung der Magnetfeldlinien.<br />
Kräfte auf bewegte Ladungen im Magnetfeld: Auf Ladungen, welche sich in einem magnetischen<br />
Feld nicht parallel zu den Magnetfeldlinien bewegen, wird eine Kraft ausgeübt. Diese wird als<br />
Lorentzkraft bezeichnet. Auf Stromdurchflossene Leiter werden so ebenfalls Kräfte ausgeübt, da<br />
sich auf ihnen bewegte Ladungen befinden..<br />
UVW-Regel der rechten Hand: Zeigt der Daumen der rechten Hand in Stromrichtung von Plus nach<br />
Minus (Ursache) und der Zeigefinger in Richtung der Magnetfeldlinien (Vermittlung), so zeigt der<br />
Mittelfinger in Richtung der Kraft (Wirkung).<br />
Anwendung: Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie mit dem Elektromotor:<br />
Eine stromdurchflossene Spule mit Eisenkern (der „Anker“ oder „Läufer“) befindet sich drehbar<br />
gelagert zwischen den Polen eines „Feldmagneten“;<br />
Beim Gleichstrommotor wird der Stromfluss durch die Spule jeweils im passenden Moment umgepolt<br />
(Kommutator)<br />
(vgl. leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph09_g8/simulationen/02elektromotor/elektromotor.htm<br />
Elektrische Felder: Der von den elektrischen Kräften durchsetzte Raum heißt elektrisches Feld. Es<br />
kann (wie ein magnetisches Feld) durch Feldlinien veranschaulicht werden.<br />
Diese zeigen an jedem Ort die Richtung an, in welcher sich eine positive<br />
Ladung dort bewegen würde.<br />
Feld einer<br />
positiven Ladung<br />
Feld einer<br />
negativen Ladung<br />
Feld von positiver<br />
negativern Ladung<br />
Feld von zwei<br />
positiven Ladungen<br />
Feld zweier verschieden<br />
geladener Platten
Induktion<br />
a) Induktion durch Bewegung: Bewegt man einen Leiter senkrecht zu den Feldlinien eines<br />
magnetischen Feldes, so erfahren die auf dem Leiter vorhandenen Elektronen eine Kraft (Lorentzkraft)<br />
und bewegen sich längs des Leiters, so dass im Leiter ein elektrischer Strom fließt bzw. zwischen den<br />
Enden des Leiters eine elektrische Spannung entsteht.<br />
UVW-Regel der rechten Hand: Zeigt der Daumen der rechten Hand in<br />
Richtung der Bewegung (Ursache) und der Zeigefinger in Richtung<br />
der Magnetfeldlinien (Vermittlung), so zeigt der Mittelfinger in<br />
Stromrichtung von Plus nach Minus (Wirkung).<br />
Elektronen bewegen sich dabei in die entgegen gesetzte Richtung!<br />
Polung der induzierten Spannung<br />
Praktische Anwendung findet dieses Prinzip beim Generator um mechanische Energie in elektrische<br />
Energie umzuwandeln:<br />
Ein Generator ist in der gleichen Weise wie ein E-Motor aufgebaut; es wird jedoch durch die<br />
Bewegung des Läufers im Magnetfeld elektrischer Strom erzeugt.<br />
(vgl. leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph09_g8/simulationen/03generator/generator.htm)<br />
b) Induktion durch Veränderung des Magnetfelds:<br />
Befindet sich eine („Induktions“-) Spule im Magnetfeld eines Dauermagneten oder einer anderen von<br />
Strom durchflossenen („Feld“-)Spule, so wird bei jeder Änderung des Magnetfelds eine elektrische<br />
Spannung in der Induktionsspule induziert; Änderungen des Magnetfelds können hervorgerufen<br />
werden durch<br />
Bewegung des Dauermagneten auf die Induktionsspule zu oder von ihr weg<br />
Aus- oder Einschalten des elektrischen Stroms in der Feldspule<br />
Veränderung der Stromstärke in der Feldspule<br />
Betrieb der Feldspule mit Wechselstrom<br />
Für alle induzierten Ströme gilt die Lenz´sche Regel:<br />
Der induzierte Strom ist stets so gerichtet, dass er seiner Ursache entgegen wirkt.<br />
Der Transformator:<br />
In der Sekundärspule wird Spannung induziert.<br />
Die Größe der Spannung hängt vom Verhältnis<br />
der Windungszahlen ab.<br />
U1<br />
<br />
U<br />
2<br />
N<br />
N<br />
1<br />
2<br />
bzw.<br />
I<br />
I<br />
1<br />
2<br />
N2<br />
<br />
N<br />
1<br />
Wechselspannung U 1<br />
Wechselspannung U 2<br />
V<br />
Primärspule<br />
Sekundärspule