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Physik: 7. Klasse

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Elektrischer Strom

Elektrischer Stromkreis

Um ein elektrisches Gerät zu nutzen, muss man einen geschlossenen Stromkreis herstellen, indem man beide Anschlussstellen des Geräts mit Leitungen mit beiden Stromquellen, den Polen, verbindet. Es kann zusätzlich noch ein Schalter eingebaut werden.

Es gibt unterschiedlich gute Leiter. Zu den guten Leitern gehören Metalle (z.B. Kupfer, Silber, Eisen), Säuren und Salzlösungen; zu den schlechten unter anderem Glas, PVC und Porzellan.

Wirkungen des elektrischen Stromes

Wärmeleitung

Fließt durch einen Leiter elektrischer Strom, so erwärmt sih dieser.

Magnetische Wirkung

Stabmagnet
Stabmagnet

Ein stromdurchflossener Leiter wirkt wie ein Magnet. Dabei hat jeder Magnet einen Nord- und Südpol. Gleichartige Pole stoßen sich ab, während sich verschiedenartige gegenseitig anziehen. Eine Spule mit Eisenkern, durch die Strom fließt erzeugt magnetische Wirkungen wie ein Stabmagnet.

Elektrische Ladung

Körper können positiv oder negativ geladen sein. Dabei stoßen sich gleichartig geladene Körper ab, verschiedenartig geladene ziehen sich an.

Die Ladungen befinden sich in den Atomen eines Körpers. Diese haben einen positiven Kern, in dem Protronen sowie Neutronen ohne Ladung und eine negativ geladene Hülle, in der sich Elektronen befinden. Beim elektrischen Strom bewegen sich elektrische Ladungen. Je mehr Ladungen bewegt werden, desto größer ist die Stromstärke.



Stromstärke und Spannung

Elektrische Stromstärke

Amperemeter

Je größer die Stromstärke ist, desto größer sind sowohl Wärmewirkung als auch magnetische Wirkung. Die Einheit für die Stromstärke ist

1 Ampere bzw. 1 A

Als Messgerät wird ein Amperemeter verwendet. Dies ist oft ein Drehimpulsinstrument, welches in den Stromkreis geschalten wird.

Elektrische Spannung

Voltmeter
Voltmeter

Die elektrische Spannung kennzeichnet die Stärke der Stromquelle. Mit dem Verbraucher bestimmt sie die Stromsärke. Die Einheit ist

1 Volt bzw. 1 V

Die Messgeräte (Voltmeter) werden parallel zum Stromkreis geschlossen. Werden mehrere elektrische Stromquellen so in Reihe geschalten, dass sich Plus- und Minuspol abwechseln, addieren sich ihre Spannungen.

Elektrischer Widerstand

In einem Stromkreis werden Spannung und Stromstärke gemessen. In einem Diagramm sieht das Ergebnis ungefähr wie eine Logarithmusfunktion aus. Das Verhältnis von Spannung und Stromstärke ergibt den elektrischen Widerstand, dessen Einheit ist

1 Ohm bzw. 1 Ω

Gute Leiter haben einen kleinen Widerstand, schlechte einen großen. Bei der Glühlampe nimmt der Widerstand mit größerer Spannung zu.



Bewegung

Geschwindigkeit

Bei einer gleichförmigen Bewegung sind zurückgelegte Strecke s und die dafür benötigte Zeit t direkt proportional zueinander. Dabei gilt für die Geschwindigkeit v:

Formel für die Geschwindigkeit v = s/t

Die Einheit wirdin der Regel in Metern pro Sekunde oder in Kilometern pro Stunde angegeben. Dabei gilt:

Einheit für die Geschwindigkeit

Durch Umformungen kann man ermitteln, in welcher Zeit man eine gewisse Strecke zurücklegt oder wie weit man kommt, wenn man sich eine gewisse Zeit lang mit einer Geschwindigkeit bewegt:

Umformung der Geschwindigkeitsgleichung zur Zeit und Umformung der Geschwindigkeitsgleichung zur Strecke

Beschleunigung

Bewegungen mit Geschwindigkeitsänderung heißen beschleunigte Bewegungen. Die Beschleunigung a ist der Quotient aus der Geschwindigkeitsveränderung Δv = v2 - v1 und der dafür benötigten Zeit Δt = t2 - t1:

Formel der Geschwindigkeitsveränderung/Beschleunigung

Die Beschleunigung wird in der Regel mit Metern pro Sekundenquadrat angegeben:

Einheit für die Beschleunigung

Kraft

Beispiel der Wirkung der Kraft
Beispiel der Wirkung der Kraft

Durch Krafteinwirkung können Körper verformt oder deren Geschwindigkeit in Größe oder Richtung geändert werden. Eine Kraft ist gekennzeichnet durch Angriffspunkt, Richtung und Betrag. Kräfte werden durch Kraftpfeile dargestellt. Die Einheit ist

1 Newton bzw. 1 N.

Zur Kraftmessung wird die Verformung einer Schraubenfeder genutzt, wobei die Kraft F und die Verlängerung s direkt proportional zueinander sind.

Masse

Die Masse m wird zum Festlegen einer Stoffmenge benutzt. Durch sie ist ein Körper träge und schwer. Massen sind ortsunabhängig und werden mithilfe von Balkenwaagen und einem Wägesatz bestimmt.

Einheit: 1 Kilogramm bzw. 1 kg

Gewichtskraft

Die Gewichtskraft G gibt an, wie stark ein Körper in Richtung Erdmittelpunkt gezogen wird. Zwischen der Gewichtskraft G und der Masse m gibt es folgenden Zusammenhang:

Zusammenhang zwischen der Gewichtskraft G und der Masse m.

Dabei ist g ortsabhängig und heißt deshalb Ortsfaktor. In Mitteleuropa beträgt er Ortsfaktor in Europa. Am Äquator ist der Wert um circa 0,3 kleiner und an den Polen ungefähr 0,2 größer.

Alle Körper ziehen sich gegenseitig an. Diese Anziehung nennt man Gravitation.

Trägheitssatz

Jeder Körper ist aufgrund seiner Masse träge, d.h. wenn keine Kraft wirkt, behält ein Körper seinen Zustand bei. Deshalb sind Kräfte notwendig, um zu beschleunigen und zum Ändern der Richtung, in die die Kraft wirkt.

Wechselwirkung von Kräften

Wechselwirkung von Kräften
Wechselwirkung von Kräften

Übt ein Körper auf einen zweiten eine Kraft F1 aus, so wirkt vom zweiten auf den ersten eine Kraft F2, die gleich groß, aber entgegengesetzt ist. Die Wechselwirkung ist die Ursache für den Rückstoß, der z.B. beim Werfen auftritt. Man spricht deshalb auch von „actio und reactio“.

Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften

Zusammensetzen

Erste Möglichkeit
1. Möglichkeit des Zusammensetzens
Eine Möglichkeit des Zusammensetzens

Gehen F1 und F2 in die gleiche Richtung, ist der Betrag der Ersatzkraft F so groß wie die Summe der Teilkräfte.

Zweite Möglichkeit
2. Möglichkeit des Zusammensetzens
Andere Möglichkeit des Zusammensetzens

Gehen F1 und F2 in verschiedene Richtungen, ist die Ersatzkraft F die Diagonale des Kräfteparallelogramms, das durch die zwei Kräfte aufgespannt wird. Damit ist der Betrag der Ersatzkraft kleiner.

Zerlegen

Eine Kraft kann in zwei Teilkräfte zerlegt werden, indem man ein Kräfteparallelogramm zeichnet:

Zerlegen einer Kraft in zwei Teilkräfte
Zerlegen einer Kraft in zwei Teilkräfte mithilfe eines Kräfteparallelogramms

Schiefe Ebene

Dabei ist FH die Hangabtriebskraft und FN die Normalkraft. Es gilt

Formel der Schiefen Ebene

Reibungskräfte

Bei jeder Art von Bewegung sind Reibungskräfte vorhanden. Man unterscheidet Haftreibung, wenn z.B. ein Rad rollt, und Gleitreibung, wenn dieses blockiert. Dabei ist die Haftreigung größer.

Die Reibungskräfte können durch rauere Flächen vergrößert und durch Ölen oder durch Kugellager verringert werden. Für die Größe der Reibungskraft ist bei waagrechter Unterlage die Größe der Gewichtskraft entscheidend, bei einer schiefen Ebene die Größe der Normalkraft. Es gilt:

Formel der Reibungskraft; f = Reibungszahl (trockener Asphalt: f = 0,6)


Optik

Ausbreitung des Lichts

Beispiel für die Lichtausbreitung durch eine Blende
Beispiel für die Lichtausbreitung durch eine Blende

Lichtabgebende Körper heißen Lichtquellen. Man unterscheidet zwischen natürlichen und künstlichen Lichtquellen sowie zwischen selbstleuchtenden und bestrahlten Körpern.

Licht breitet sich geradlinig aus. Durch Blenden kann ein Lichtbündel erzeugt werden; enge Lichtbündel sind Lichtstrahlen.

Schatten

Wird ein undurchsichtiger Körper beleuchtet, entsteht ein Schatten. Gibt es zwei Lichtquellen und entstehen Bereiche, in die je nur eine Quelle leuchtet, spricht man von Halbschatten. Der Bereich, in dem kein Licht kommt ist dann der Kernschatten.

Beispiel für die Schattenbildung
Beispiel für die Schattenbildung

Reflexion des Lichts

Reflexion des Lichts
Reflexion des Lichts

Trifft Licht auf einen Körper, wird es teilweise absorbiert und der Rest reflektiert. Man unterscheidet die gerichtete Reflexion (Spiegel) und die ungerichtete Reflexion (Körper mit rauer Oberfläche).

Der einfallende Strahl, der Lot und der reflektierte Strahl liegen auf einer Ebene. Der Einfallswinkel α ist so groß wie der Reflexionswinkel α'.

Lichtbrechung

Licht wird beim Übergang von einem durchsichtigen Körper in einen anderen durchsichtigen Körper in seiner Ausbreitungsrichtung geändert. Dies ist die Lichtbrechung.

Geht Licht von einem optisch dünneren Stoff in einen optisch dichteren Stoff über, wird es zum Lot hin gebrochen.

Optische Linsen

Linsen sind durchsichtige Körper, die Oberflächen besitzen, die Teile einer Kugeloberfläche sind. Es gibt Sammel- und Zerstreuungslinsen, die das Licht zu bzw. von einem Punkt (weg)lenken.

Lichtbrechung durch Sammel- und Zerstreuungslinsen
Lichtbrechung durch Sammel- und Zerstreuungslinsen[1]


Quellen

  1. elmar-baumann.de

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