Angestrebte Kompetenzen zum
Inhaltsfeld „Elektrizitätslehre“ in der Stufe 9
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Elektrische Ladung
- Ich kenne das Kern-Hülle-Modell (eine negativ
geladene Elektronenhülle umgibt einen positiv
geladenen Atomkern) und kann mit seiner Hilfe
erklären:
- Ein Körper ist elektrisch neutral, wenn die
Anzahl der positiven und negativen Ladungen gleich
ist.
- Ein Körper ist elektrisch negativ geladen, wenn
Elektronenüberschuss besteht.
- Ein Körper ist elektrisch positiv geladen, wenn
Elektronenmangel besteht.
- Ich kann erklären, was bei der Erzeugung von
elektrischer Ladung durch Reibung passiert, und diesen
Vorgang an einem Experiment erläutern.
- Ich weiß, dass es zwei Sorten elektrischer Ladung
gibt, die als positiv bzw. negativ bezeichnet werden.
- Ich weiß, dass die elektrische Ladung mit dem
Formelbuchstaben Q bezeichnet und in der Einheit
Coulomb (C) gemessen wird.
- Ich kann ein Experiment beschreiben mit dem gezeigt
wird, dass sich gleichnamige Ladungen abstoßen und
ungleichnamige anziehen.
- Ich kann erklären, warum bei einer Ladungstrennung
Energie aufgewendet werden muss.
- Ich weiß, dass sich das Ergebnis einer solchen
Ladungstrennung mit der physikalischen Größe
elektrische Spannung U beschreiben lässt: zwischen den
getrennten Ladungen (Polen) herrscht eine Spannung U .
- Ich kenne die Definition der elektrischen Spannung
U=W/Q sowie die zugehörige Einheit 1 Volt = 1 V = 1
J/Q . (Zur Definition der Einheit Joule (J) vgl. Stufe
7.)
- Ich kenne die Definition der elektrischen
Stromstärke I als bewegte (fließende) elektrische
Ladung: I = Q/t und die zugehörige Einheit 1 Ampère =
1 A ; ich weiß, dass der Zusammenhang 1 C = 1 As
besteht.
- Ich kann ausrechnen, wie lange ein Akku bei
bekannter Ladungskapazität und Belastung Energie
bereitstellt.
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Elektrischer Stromkreis
- Ich weiß, dass ein elektrischer Stromkreis aus
Quelle, Verbraucher (Lampe, Motor, Heizdraht, ...) und
leitenden Verbindungen besteht.
- Ich kann erklären, welche Funktion ein Schalter in
einem Stromkreis hat.
- Ich weiß, dass in einem Stromkreis Energie von der
Quelle zum Verbraucher transportiert wird.
- Ich kann diesen Energietransport mit Hilfe der
Größen Spannung U, Stromstärke I und Leistung
berechnen. Bei der Berechnung kann ich die korrekten
Einheiten verwenden.
- Ich kann einen Stromkreis mit Hilfe der üblichen
Symbole als Schaltbild darstellen.
- Ich kann einen einfachen Stromkreis aufbauen, Strom-
und Spannungsmessgeräte korrekt schalten und ablesen.
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Elektrischer Widerstand
- Ich weiß, dass die physikalische Größe Widerstand R
als Quotient aus Spannung U und Stromstärke I
definiert ist und dass die zugehörige Einheit 1 Ohm
ist.
- Ich kann mit Hilfe dieser Gleichung R = U/I bei zwei
gegebenen Größen die jeweils dritte berechnen und
dabei die korrekten Einheiten verwenden. (Aufgaben)
- Ich weiß, dass jeder Verbraucher einen elektrischen
Widerstand besitzt.
- Ich weiß, dass ein Verbraucher, dessen elektrischer
Widerstand konstant ist, als „ohmscher Widerstand“
bezeichnet wird.
- Ich kann durch Kombination der beiden Gleichungen R
= U/I und P = U*I Aufgaben zum Zusammenhang zwischen
Leistung und Widerstand lösen.
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Reihen- und Parallelschaltung
- Ich kenne den Unterschied zwischen der Reihen- bzw.
Parallelschaltung von zwei Verbrauchern und kann diese
Schaltungen in einem Schaltbild darstellen.
- Ich weiß, dass bei einer Reihenschaltung derselbe
Strom durch die Verbraucher fließt und an jedem
Verbraucher eine Teilspannung „abfällt“. (Beispiel:
Lichterkette)
- Ich weiß, dass sich diese Teilspannungen zur
Gesamtspannung der Quelle addieren.
- Ich weiß, dass sich bei einer Parallelschaltung die
durch die Verbraucher fließenden Teilströme sich zum
Gesamtstrom addieren.
- Ich weiß, dass im Haushaltsnetz die angeschlossenen
Verbraucher für eine Spannung von 230V ausgelegt sind
und parallel geschaltet werden müssen.
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Kraft auf stromdurchflossene Leiter im
Magnetfeld
- Ich weiß, dass man die Stärke und Richtung eines
Magnetfeldes mit Hilfe von Feldlinien beschreiben
kann. Dabei gilt, dass die Feldlinien vom Nord- zum
Südpol verlaufen und ihre Dichte ein Maß für die
Stärke des Feldes ist.
- Ich weiß, dass ein elektrischer Strom ein Magnetfeld
erzeugt.
- Ich weiß, dass die Feldrichtung in einer Spule von
der Stromrichtung abhängt.
- Ich weiß, dass sich in einer Spule (ein
zylinderförmig aufgewickelter Draht) ein magnetisches
Feld ausbildet, dessen Form dem Feld eines
Stabmagneten gleicht.
- Ich weiß, dass auf einen stromdurchflossenen Leiter,
der sich in einem Magnetfeld befindet, eine Kraft
wirkt.
- Ich weiß, dass diese Kraft immer dann auftritt, wenn
sich elektrische Ladungen senkrecht zu einem
Magnetfeld bewegen.
- Ich kann die Richtung dieser Kraft mit Hilfe der
Rechte-Hand-Regel bestimmen.
- Ich weiß, dass es bei bewegten Elektronen
(Elektronenstrahl) wegen der negativen Ladung sinnvoll
ist, die Linke-Hand-Regel zu verwenden.
- Ich kann die Funktionsweise eines Elektromotors mit
Hilfe der Kraftwirkungen auf Ströme in Magnetfeldern
erklären.
- Ich kann erläutern, dass ein Elekromotor elektrische
Energie in mechanische Energie umwandelt.
- Ich weiß, dass das Verhältnis von abgegebener
mechanischer Energie zur zugeführten elektrischen
Energie als Wirkungsgrad bezeichnet wird und bei einem
Elektromotor ca. 95% beträgt.
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Induktion als Grundlage der Elektrotechnik
- Ich kann einen Versuch beschreiben, mit dem das
Prinzip der Erzeugung einer elektrischen Spannung
durch Bewegung eines Leiters in einem Magnetfeld
demonstriert wird. (Grundversuch I)
- Ich kann einen Versuch beschreiben, mit dem das
Prinzip der Erzeugung einer elektrischen Spannung
durch zeitliche Änderung eines Magnetfeldes
demonstriert wird. (Grundversuch II)
- Ich weiß, dass in einer Spule eine elektrische
Spannung induziert wird, wenn sich die Anzahl der
Feldlinien, die die Spulenfläche durchsetzen, zeitlich
ändert.
- Ich kann die Funktionsweise eines Generators mit
Hilfe des Grundversuches I erklären.
- Ich kann erläutern, dass bei einem Generator
mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt
wird.
- Ich weiß, dass das Verhältnis von erzeugter
elektrischer Energie zur zugeführten mechanischen
Energie als Wirkungsgrad bezeichnet wird und bei einem
Generator ca. 95% beträgt.
- Ich kann den grundsätzlichen Aufbau eines
Kraftwerkes beschreiben und erläutern.
- Ich kann die Energiewandlungsketten bei einem Gas-
oder Kohlekraftwerk, bei einer Windkraftanlage, bei
einer Photovoltaikanlage erläutern.
- Ich kann die Funktionsweise eines Transformators mit
Hilfe des Grundversuches II erklären.
- Ich kann erklären, warum ein Transformator
Spannungen herauf- oder heruntersetzen kann.
- Ich weiß, dass bei einem idealen Transformator die
elektrische Leistung an Sekundär- bzw. Primärseite
gleich groß ist.
- Ich weiß, dass Transformatoren eingesetzt werden, um
- Stromkreise galvanisch zu trennen,
- Übertragungsverluste zu verringern
(Hochspannungsnetz)
- niedrige Spannungen für Netzgeräte bereit zu
stellen.
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