Mintela steht für: MINT lernen mit elektronischen Arbeitsblättern

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Im Detektivmodus 🕵 kannst du Aufgaben ergründen 🔍 und es gibt auch Lösungstipps 💡.
Im Modus Hausaufgaben erhältst du am Ende einen Lösungssatz.
Im Prüfungsmodus ⏱ gibt es eine Zeitbegrenzung und du erhältst deine Punktzahl erst am Ende.

Aufträge

• Teil 1: Zeitspannen ⌛ beherrschen

  Die Sanduhr

  Diese Sanduhr ⌛ liefert uns immer wieder eine feste Zeitspanne.

  Die Maßeinheit 'Sekunde' ist die offizielle, wichtigste Zeiteinheit. Bei der Angabe von Zeitspannen verwenden wir meistens die abgekürzten Maßeinheiten:
  
  1 Millisekunde = 1 ms
  
  1 Sekunde = 1 s
  
  1 Minute = 1 min
  
  1 Stunde = 1 h (h für hour)
  
  1 Tag = 1 d (d für day)
  
  1 Jahr = 1 a (a für anno)
  
  

  Umrechnungen der Zeiteinheiten

  Das sind die ganz wichtigen Umrechnungen:
  
  

  Rechne folgende Zeitangaben in Minuten um:

  Rechne folgende Zeitangaben in Sekunden um:

  Rechne diese Zeitspanne in Minuten (mit einem Komma) um:

  Rechne diese Zeitspanne in Sekunden um

  Rechne diese Zeitspanne in die gewünschten Einheiten um:

  Rechne diese Zeitspanne in die gewünschten Einheiten um:

  Du hast nun diesen Teil bearbeitet. Hervorragend!
  Atme mal durch.

• Teil 2: 🚰 Wasserströme und deren Stromstärken

  Wasserstromstärken bestimmen

  In dieses Gefäß passen bis zu 7 Liter.

  Mit der Stoppuhr hast du die Zeit gemessen, es dauerte 10 Sekunden.
  Frage: Wie hoch ist die Wasserstromstärke des Wasserhahns?
  Um die Wasserstromstärke zu bestimmen dividieren wir die Wassermenge durch die Zeit, in der das Wasser geflossen ist. Prinzipiell wird jede Stromstärke so bestimmt:
  Stromstärke = ^Menge_Zeit

  Konkret auf obige Wasserstromstärke angewendet:

  Wasserstromstärke = ^Wassermenge_Zeit

  Wasserstromstärke = ^{6 Liter}_{10 s} 

  Was musst du zur Wasserstromstärke wissen?
  

  Die Wasserstromstärke wird in 'Liter pro Sekunde' oder kürzer in ^Liter _s
  angegeben. Diese Stromstärke besagt, welche Wassermenge sekündlich dazu fließt.

  Wasserstromstärken vergleichen

  Wieder ein Gefäß mit bis zu 7 Liter.

  Mit der Stoppuhr hast du die Zeit gemessen, es dauerte 9 Sekunden.
  Frage: Wie hoch ist die Wasserstromstärke des Wasserhahns?
  

  Wasserstromstärke = ^Wassermenge_Zeit

  Wasserstromstärke = ^{4,5 Liter}_{9 s} 

  Berechne jeweils die Wassermenge bei verschiedenen Stromstärken und Zeitdauer

  Die 1. Größe ist eine Zeitspanne, außerdem ist die Wasserstromstärke gegeben. Die 2. Größe ergibt dann die Wassermenge
  

  Wasserströme können sich addieren

  Im Wasserkreislauf ist die Pumpe der Antrieb. Sie erhöht den Wasserdruck am Ausgang und das Wasser kann strömen. Die Stärke des Wasserstroms hängt davon ab wie groß die Verengung (der Widerstand) ist.
  

  Der Wasserkreislauf

  Im Wasserkreislauf ist die Pumpe der Antrieb. Sie erhöht den Wasserdruck am Ausgang und das Wasser kann strömen. Die Stärke des Wasserstroms hängt davon ab wie groß die Verengung (der Widerstand) ist.
  

• Teil 3: Elektrischer Strom 🔋​💡

  Die Batterie 🔋 als Antrieb im elektrischen Stromkreis

  Der Antrieb in einem elektrischen Stromkreis erfolgt oft durch eine Batterie. Freie Elektronen ermöglichen den Metallen, dass sie den Strom leiten.

  Wenn die freien Elektronen sichtbar wären, dann würde man sehen, dass am Minuspol wesentlich mehr freie Elektronen sind

  ---

  Jede Batterie 🔋 hat zwei Anschlüsse: Einen Minuspol und einen Pluspol. Durch einen chemischen ⚗️ Prozess innerhalb der Batterie 🔋 wird dafür gesorgt, dass:
  
  - am Minuspol ein Elektronenüberschuss herrscht und
  - am Pluspol ein Elektronenmangel ist

  Ein geschlossener, elektrischer Stromkreis

  So strömen die freien Elektronen im Stromkreis, wenn diese sichtbar wären.

  Gibt es eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Anschlüssen der Batterie, dann fließt auch Strom, genauer: es strömen auch die freien Ladungsträger.
  

  Die Ladungsmenge hat die Einheit Coulomb

  In der Animation ist künstlich zu sehen, wie der Pluspol der Batterie stets freie Elektronen abzieht und die freien Elektronen daher zum Pluspol nachrücken.
  Da die freien Elektronen so zahlreich sind, fassen wir nun jedes dargestellte zu einer bestimmten Ladungsmenge zusammen. Die Einheit der Ladungsmenge ist das Coulomb. Hör dir mal kurz auch die Aussprache des französischen Wortes Coulomb an.

  Jedes hier dargestellte -Symbol möge nun so viele Elektronen darstellen wie es einer bestimmten Ladungsmenge 0,01 Coulomb entspricht:
  () = 0,01 Coulomb
  

  Übrigens, die Ladungsmenge 1 Coulomb ist in der Physik so vereinbart:
  1 Coulomb = 6240 mal tausend mal tausend mal tausend mal tausend mal tausend Elektronen!
  1 Coulomb entspricht also einer unfassbar großen Anzahl an Elektronen:
  1 Coulomb = 6 240 000 000 000 000 000 Elektronen.

  Die elektrische Stromstärke hat die Einheit Ampère, abgekürzt: A

  Hier die Vereinbarung der Ladungsmenge, weil es sonst viel zu viele Elektronen wären:
  1 Coulomb = 6 240 000 000 000 000 000 Elektronen. Auch in der Animation zum Stromkreis kann man nur einen Bruchteil der Elektronen zeichnen. Daher komprimieren wird die Darstellung der Elektronen:

  Jedes Symbol stehe nun für die Ladungsmenge 0,01 Coulomb.
  ( = 0,01 Coulomb und ist damit der Ersatz für 62 400 000 000 000 000 Elektronen. Ok, ja, jedes dargestellte steht für unglaublich viele Elektronen. In der Animation ist es unmöglich, alle darzustellen, es sind viel zu viele.)

  Wir messen nun exakt 🔍 in unserem Stromkreis nach: Vom Minuspol strömen in jeder Sekunde genau 10 Stück solcher weg.
  10 mal pro 1 Sekunde sind
  = 10 · 0,01 ^Coulomb_Sekunde
  
  = 0,1 ^Coulomb_Sekunde

  Die 'zusammengesetzte Einheit'
     ^Coulomb_Sekunde
  ist doch recht umständlich.
  Daher hat man folgendes vereinbart:
  1 ^Coulomb_Sekunde  = 1 Ampère = 1 A
  
  Und A ist die Abkürzung der Einheit Ampère.
  (Die Namensgebung der Einheit ist eine Würdigung des französischen Physikers André-Marie Ampère)
  1 Milliampère ist die tausenfach-kleinere Einheit der Stromstärke,
  abgekürzt mit 1 mA.
  Es gilt: 1 mA = 0,001 A und 1 A = 1000 mA

  2 Beispiele, wie man umrechnen darf:

  1 ^Coulomb_Sekunde = 1 A = 1000 mA
  
  0,5 ^Coulomb_Sekunde = 0,5 A = 500 mA
  
  

  ---

  Dazu eine kleine Übung:

  Und nun von der kleinen Stromstärkeinheit (mA) zur größeren (A)

  Es gibt auch das Kiloampere

  Ja, es gibt nicht nur das Kilogramm = 1000 Gramm, es gibt auch das Kiloampère. Bei sehr starken Elektromotoren, wie sie in Zügen, in Straßenbahnen oder auch in sehr starken Elektroautos eingebaut werden, gibt man Stromstärken auch schon mal in Kiloampere (=1000Ampere) an.
  1 kiloampère = 1 kA = 1000 A
  Rechne in die gewünschte Einheit um:

  Stromstärke an verschiedenen Stellen im Stromkreis

  So in etwa strömt es im Stromkreis, wenn Elektronen sichtbar wären.

  Die Stromstärke in unserem Stromkreis ist überall gleich groß!
  Vom Minuspol weg strömen jede Sekunde 10
  Da jedes = 0,01 Coulomb hat gilt:
  
  10 mal 0,01 ^Coulomb_Sekunde = 0,1 Ampère = 0,1 A

  Messen wir also die Stromstärke kurz vor dem Pluspol, so misst man auch
  
  10 mal 0,01 ^Coulomb_Sekunde = 0,1 ^Coulomb_Sekunde
  
  

  (Für die Experten: Die Elektronen bewegen sich beim Weg zum Pluspol ein bisschen schneller, dafür ist die Elektronendichte etws geringer)

  Stromstärken können sich auch addieren