Arbeitsblätter mit Übungen und Aufgaben zum Thema "Ladung, Spannung und Stromstärke" für Physik in der 8. Klasse am Gymnasium - mit Lösungen!

Die elektrische Ladung ist eine Eigenschaft von Körpern. Ändert ein Körper seine Ladung, so werden Elektronen und damit Ladung abgegeben oder aufgenommen. Die von diesem Körper abgegebene Ladung (oder Anzahl von Elektronen) entspricht der von einem anderen Körper aufgenommenen Ladung.

Ein zentraler Versuch ist folgender: Eine Metallkugel wird mit einem geladenen Kunststoffstab aufgeladen und berührt eine weitere ungeladene Kugel. Dann stoßen sich beide Kugeln ab.

Erklärung: Die erste Kugel wurde durch den Stab aufgeladen und die Elektronen haben sich im Metall der Oberfläche gleichmäßig verteilt. Bei der Berührung der zweiten Kugel übernimmt diese einen Teil der Elektronen und beide Kugeln sind nun gleich geladen. Sie stoßen sich ab.

Würde man die erste Kugel nun immer wieder mit ungeladenen Kugeln berühren, wird ihre eigene Ladung immer geringer, da immer mehr Elektronen auf die anderen Kugeln übergehen.

Diese Eigenschaft, mehr oder weniger stark geladen zu sein, wird mit der elektrischen Ladung Q beschrieben.

Die elektrische Ladung Q wird in der Einheit Coulomb C angegeben.

Influenz bezeichnet das Trennen von Ladungen innerhalb eines Körpers. Dies passiert durch andere geladene Körper, ohne dass sich die beiden Körper berühren. Dabei werden die in Metallen frei beweglichen Elektronen im Körper durch den Einfluss eines geladenen Körpers bewegt, was zu einer Trennung der positiven und negativen Ladungen führt.

Folgendes Bild soll dieses Phänomen verdeutlichen:

Elektronen fließen durch einen Leiter, wenn sie von einer Quelle angetrieben werden. Die Stärke dieses Antriebs bezeichnet man als Spannung U. Sie wird in der Einheit Volt V angegeben.

Jedes Elektrogerät benötigt eine gewisse Spannung, um optimal zu funktionieren, die so genannte Nennspannung. Viele Küchengeräte haben eine sehr hohe Nennspannung (ca. 230 V). Werden sie an eine elektrische Quelle mit geringerer Spannung angeschlossen, so reicht der Antrieb der Quelle nicht aus. Ist umgekehrt die Nennspannung der Quelle höher als die des Gerätes, so kann es passieren, dass die Drähte etc. durchbrennen.

In einem geschlossenen elektrischen Stromkreis fließen Elektronen, die durch die Stromquelle angetrieben werden. Zählt man die Elektronen, die in einer bestimmten Zeiteinheit durch den Leiter fließen, so misst man damit die Stromstärke I. Die Stromstärke wird in Ampere angegeben. Für 1 Ampere (1 A) müssen insgesamt 6,24 Trillionen Elektronen pro Sekunde durch den Leiter fließen.

Jedes dieser Elektronen trägt eine negative Ladung.

Wir wissen, dass sich die elektrische Stromstärke I als Quotient aus der bewegten Ladungsmenge ΔQ und der Dauer des Stromflusses Δt: I=ΔQ/Δt

Für die Einheiten gilt also: 1A=1C/1s=1C/s   -> à 1C=1As

Bei einer Stromstärke von 1A transportieren 6,24 Trillionen Elektronen in einer Sekunde eine Ladung von 1C durch den Leiter. Daraus lässt sich nun die Ladung eines einzelnen Elektrons, die wir mit der Elementarladung e bezeichnen, bestimmen (wenn man davon ausgeht, dass alle Elektronen die gleiche Ladung besitzen):

Das Ohm‘sche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Stromstärke, Spannung und Widerstand. Es gilt: Je größer die Spannung U, desto größer die Stromstärke I und je größer der Widerstand R, desto kleiner I. Diesen Zusammenhang stellt man mit dem Ohm‘schen Gesetz dar: R=U/I

Man kann den Widerstand also bestimmen, wenn man zusammengehörige Werte von Spannung und Stromstärke misst. In einem U-I-Diagramm kann man anhand einer konstanten Steigung erkennen, dass sich auch der Widerstand eines Bauelements nicht ändert.