Grundwissen Physik für die 10 -...
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Was versteht man unter Kraft? Die Ursache einer Bewegungsänderung wird in der Physik Kraft genannt. Wenn ein Gegenstand schneller oder langsamer wird oder wenn er seine Bewegungs- richtung ändert, muss eine Kraft wirken. Um eine Kraft vollständig zu beschreiben, gibt man ihre Größe (Betrag), ihre Richtung und ihren Angriffspunkt an. Man kann die Kraft durch einen Pfeil darstellen, bei dem die Länge den Betrag und der Pfeilanfang den Angriffs- punkt angibt. Erfährt ein Gegenstand der Masse m eine Beschleu- nigung a, dann wirkt auf ihn die Kraft F, deren Stärke (Betrag) als Produkt aus Masse und Beschleunigung definiert wird: kurz: F ma = × Einheit: [ ] 2 1 1 1 m F kg Newton N s = × = = Wie lautet der Trägheitssatz? Ein Gegenstand behält Betrag und Richtung seiner Geschwindigkeit bei oder bleibt in Ruhe, wenn keine Kraft auf ihn wirkt oder wenn er im Kräftegleichgewicht ist. Wann liegt Kräftegleichgewicht vor? Wenn zwei Kräfte so auf einen Gegenstand wirken, dass sie den gleichen Betrag, den gleichen Angriffspunkt und entgegengesetzte Richtungen haben, heben sie sich gegenseitig auf. Was sagt das Wechselwirkungsgesetz aus? Kräfte zwischen Gegenständen treten immer paarweise auf. Übt ein Gegenstand auf einen zweiten Gegenstand eine Kraft aus, dann wirkt auch vom zweiten Gegenstand her eine gleich große und entgegengerichtete Kraft auf den ersten Gegenstand. Wie unterscheidet man zwischen Wechsel- wirkungsgesetz und Kräftegleichgewicht? Beim Wechselwirkungsgesetz greifen Kraft und Gegenkraft an zwei verschiedenen Gegenständen an, während Kräftegleichgewicht nur dann vorliegt, wenn zwei oder mehr Kräfte auf einen einzigen Gegenstand wirken. Was ist Gewichtskraft, was ist Gravitation? Je zwei Massen ziehen sich gegenseitig an. Die Gravita- tionskraft, die die Erde auf einen Gegenstand ausübt, nennt man Gewichtskraft. Die Gewichtskraft verursacht eine Fallbeschleunigung g, die für alle Gegenstände auf der Erdoberfläche etwa 10 m/s² ist. Die Gewichtskraft an der Erdoberfläche lässt sich aus der Masse berechnen: G F mg = × Welche Kräfte kommen vor? Elektrische Kräfte wirken zwischen elektrisch geladenen Gegenständen; gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an. Magnetische Kräfte wirken zwischen zwei Magneten: gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an. Magnetische Kräfte zwischen einem Magneten und magnetisierbarem Material sind stets anziehend. Reibungskräfte treten beim Kontakt zwischen Gegenständen auf. Man unterscheidet zwischen Haft-, Gleit- und Rollreibungskräften. Wie addiert man Kräfte, wie kann man sie in Teilkräfte zerlegen? Zwei (oder mehr) Kräfte werden durch Parallel- verschiebung von Kraftpfeilen addiert. Eine Kraft 12 F uuur wird in zwei Teilkräfte mit vorgegebenen Richtungen zerlegt, indem man Parallelen zu den Richtungen von 1 F uur und 2 F uur durch die Spitze von 12 F uuur einzeichnet und die Figur so zum Kräfteparallelogramm ergänzt. Wie hängen Kraft und Verformung zusammen? Für alle Gegenstände gilt: Je größer der Betrag der Kraft, desto größer ist die Verformung. Kraft Federhärte Verformung = , kurz: F D s = Einheit der Federhärte: [ ] 1 N D m = Bei manchen elastischen Gegenständen gilt konstant F D s = = (Gesetz von Hooke) Dann ist das Dehnungs-Kraft-Diagramm eine gerade Linie durch den Ursprung. ____________________________________________________________________________________________ Erstellt von der Fachschaft Physik am CPG auf der Grundlage der Lehrbücher Ikarus 7, Galileo 8 und Galileo 9 des Oldenburg Verlags. Grundwissen Physik für die 10. Klasse : Kräfte
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Was versteht man unter Kraft?
Die Ursache einer Bewegungsänderung wird in derPhysik Kraft genannt. Wenn ein Gegenstand schnelleroder langsamer wird oder wenn er seine Bewegungs-richtung ändert, muss eine Kraft wirken.
Um eine Kraft vollständig zu beschreiben, gibt man ihreGröße (Betrag), ihre Richtung und ihren Angriffspunktan.
Man kann die Kraft durch einen Pfeil darstellen, bei demdie Länge den Betrag und der Pfeilanfang den Angriffs-punkt angibt.
Erfährt ein Gegenstand der Masse m eine Beschleu-nigung a, dann wirkt auf ihn die Kraft F, deren Stärke(Betrag) als Produkt aus Masse und Beschleunigungdefiniert wird:
kurz: F m a= ×
Einheit: [ ] 21 1 1m
F kg Newton Ns
= × = =
Wie lautet der Trägheitssatz?
Ein Gegenstand behält Betrag und Richtung seinerGeschwindigkeit bei oder bleibt in Ruhe, wenn keineKraft auf ihn wirkt oder wenn er im Kräftegleichgewichtist.
Wann liegt Kräftegleichgewicht vor?
Wenn zwei Kräfte so auf einen Gegenstand wirken, dasssie den gleichen Betrag, den gleichen Angriffspunkt undentgegengesetzte Richtungen haben, heben sie sichgegenseitig auf.
Was sagt das Wechselwirkungsgesetz aus?
Kräfte zwischen Gegenständen treten immer paarweiseauf.
Übt ein Gegenstand auf einen zweiten Gegenstand eineKraft aus, dann wirkt auch vom zweiten Gegenstand hereine gleich große und entgegengerichtete Kraft auf denersten Gegenstand.
Wie unterscheidet man zwischen Wechsel-wirkungsgesetz und Kräftegleichgewicht?
Beim Wechselwirkungsgesetz greifen Kraft undGegenkraft an zwei verschiedenen Gegenständen an,während Kräftegleichgewicht nur dann vorliegt, wennzwei oder mehr Kräfte auf einen einzigen Gegenstandwirken.
Was ist Gewichtskraft, was ist Gravitation?
Je zwei Massen ziehen sich gegenseitig an. Die Gravita-tionskraft, die die Erde auf einen Gegenstand ausübt,nennt man Gewichtskraft.
Die Gewichtskraft verursacht eine Fallbeschleunigung g,die für alle Gegenstände auf der Erdoberfläche etwa 10 m/s² ist.
Die Gewichtskraft an der Erdoberfläche lässt sich aus derMasse berechnen:
GF m g= ×
Welche Kräfte kommen vor?
Elektrische Kräfte wirken zwischen elektrisch geladenenGegenständen; gleichnamige Ladungen stoßen sich ab,ungleichnamige ziehen sich an.
Magnetische Kräfte wirken zwischen zwei Magneten:gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige ziehensich an. Magnetische Kräfte zwischen einem Magneten undmagnetisierbarem Material sind stets anziehend.
Reibungskräfte treten beim Kontakt zwischenGegenständen auf. Man unterscheidet zwischen Haft-,Gleit- und Rollreibungskräften.
Wie addiert man Kräfte, wie kann man sie in Teilkräfte zerlegen?
Zwei (oder mehr) Kräfte werden durch Parallel-verschiebung von Kraftpfeilen addiert.
Eine Kraft 12Fuuur
wird in zwei Teilkräfte mit vorgegebenen
Richtungen zerlegt, indem man Parallelen zu den
Richtungen von 1Fuur
und 2Fuur
durch die Spitze von 12Fuuur
einzeichnet und die Figur so zum Kräfteparallelogrammergänzt.
Wie hängen Kraft und Verformung zusammen?
Für alle Gegenstände gilt: Je größer der Betrag der Kraft,desto größer ist die Verformung.
Kraft
FederhärteVerformung
= , kurz: F
Ds
=
Einheit der Federhärte: [ ] 1N
Dm
=
Bei manchen elastischen Gegenständen gilt
konstantF
Ds
= = (Gesetz von Hooke)
Dann ist das Dehnungs-Kraft-Diagramm eine gerade Linie durch den Ursprung.
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Grundwissen Physik für die 10. Klasse : Kräfte
Was ist Geschwindigkeit?
Die Geschwindigkeit ist ein Maß dafür, wie schnell sichein Gegenstand bewegt.
zurückgelegterWegabschnitt
Geschwindigkeit vdafürbenötigteZeitdauer
=
kurz: s
vt
D=D
Einheit: [ ] 1m
vs
=
Was ist die Beschleunigung?
Die Beschleunigung ist ein Maß dafür, wie sich dieGeschwindigkeit im Laufe der Zeit ändert.
Änderung derGeschwindigkeit
Beschleunigung adafürbenötigteZeitdauer
=
kurz: v
at
D=D
Einheit: [ ] 2
/1 1m s m
as s
= =
Wie beschreibt man Bewegungen?
Bewegungen werden in einem Zeit-Ort-Diagramm oderin einem Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm beschrieben.
Im Zeit-Ort-Diagramm gilt:
Bei steigender Kurve bewegt sich der Gegenstandvorwärts, bei fallender Kurve rückwärts.
Waagrechte Linienteile zeigen, dass der Gegenstandruht.
Je schneller die Bewegung ist, desto steiler ist derjeweilige Linienabschnitt:
Die Steigung des Zeit-Ort-Graphen gibt die Geschwindigkeit an.
Im Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm gilt:
Waagrechte Linienteile zeigen, dass sich die Ge-schwindigkeit nicht ändert.
Bei geneigten Linienstücken ändert sich die Ge-schwindigkeit - es gibt eine Beschleunigung: Bei steigender Linie ist die Beschleunigung positiv,bei fallender Linie negativ:
Die Steigung des Zeit-Geschwindigkeits-Graphenist die Beschleunigung.
Die Fläche unter dem Zeit-Geschwindigkeits-Graphen ist der zurückgelegte Weg.
Gleichförmige Bewegung (a = 0 m/s²)
Bewegung mit konstanter Kraft
Der Zeit-Geschwindigkeits-Graph ist eine Gerade, der Zeit-Ort-Graph ist ein Parabelabschnitt.
Einige mögliche t-v-Diagramme:
Einige mögliche t-x-Diagramme:
Bewegungsfunktionen
Der Körper startet am Ortsnullpunkt mit der Anfangs-
geschwindigkeit v0 ( ) ( ) 00 0 0x s m und v s v= =
Beschleunigung: ( ) konstanta t a= =
Geschwindigkeit: 0( )v t v a t= + ×
Ort: 20
1( )
2x t v t a t= × + × ×
Somit ist 2 20 2v v a x- = × ×D
Freier Fall
Wenn auf einen Gegenstand nur die Gravitationskraftwirkt oder wenn man idealisiert davon ausgeht, dass nurdie Gravitation wirkt, handelt es sich um einen freien Fallund damit um eine Bewegung mit der konstantenErdbeschleunigung g.
Beschleunigung: 2( ) 9,81
ma t g
s= = (nach unten!)
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Grundwissen Physik für die 10. Klasse : Bewegungen
Was besagt die Energieerhaltung?
Die wichtigste Idee bei der Einführung der Energie wardie Energieerhaltung. Das bedeutet, dass bei einer Energieumwandlung keineEnergie verloren geht.
Welche Energieformen gibt es?
Zur mechanischen Energie gehört die Bewegungs-energie, die auch als kinetische Energie bezeichnet wird,sowie die Höhen- und die Spannenergie. Die letztenbeiden zählt man zu den potenziellen Energieformen.
Zur inneren Energie gehören die thermische und diechemische Energie.
Weitere Energieformen sind die Lichtenergie und dieelektrische Energie.
Wie berechnet man wichtige Energieformen?
Die Höhenenergie, die ein Gegenstand in der Nähe derErdoberfläche hat, wird festgelegt durch:
Höhe GE F h m g h= × = × ×
FG ist die Gewichtskraft auf einen Gegenstand der Massem. g ist die Fallbeschleunigung und h die Höhebezüglich eines Nullniveaus. Das Nullniveau darf manfrei bestimmen, muss es dann aber beibehalten.
Die Bewegungsenergie (kinetische Energie) eines Ge-genstands, der die Masse m hat und sich mit derGeschwindigkeit v bewegt, ist
21
2kinE m v= × ×
Wie hängt die Einheit der Energie mit anderen Einheiten zusammen?
Die Energie verknüpft alle Bereiche der Physik und dieEinheiten der jeweiligen Größen:
[ ]2
21 1 1 1 1 1
mE Joule J Nm kg VAs Ws
s= = = = = =
[ ] 21 1
mF N kg
s= =
Rechenbeispiel:
Mit welcher Geschwindigkeit kommst du beim Sprungvom Fünfmeterbrett an der Wasseroberfläche an?
geg: h = 5,0m; g = 9,81 m/s²ges: vLösung: kin HöheE E=
21
2m v m g h× × = × ×
2
2 2 9,81 5,0 9,9m m
v g h mss
Þ = × × = × × =
Was ist Arbeit?
Wenn auf einen Gegenstand eine Kraft längs eines Wegswirkt, ändert sich die mechanische Energie. Die Energiedifferenz ED bezeichnet man als Arbeit W.
nach vorW E E E= D = - Einheit: [ ] [ ] 1W E J= =
Wenn eine konstante Kraft F längs des WegabschnittssD wirkt, lässt sich der Betrag der Arbeit direkt
berechnen: W F s= ×D
Wenn die Energie eines Gegenstands nachher größer istals vorher, ist W positiv (d.h. am Gegenstand wurdeArbeit verrichtet). Wird die Energie des Gegenstands verringert, ist Wnegativ (d.h. der Gegenstand hat Arbeit an derUmgebung verrichtet).
Was sagt die Goldene Regel der Mechanik?
Bei Vorgängen, bei denen die Reibung vernachlässigtwerden kann, ist die Arbeit unabhängig davon, aufwelchem Weg sie verrichtet wird.
Wenn die Arbeit entweder mit der Kraft Fl längs desWegabschnitts sl oder mit F2 längs s2 erzielt werdenkann, gilt 1 1 2 2W F s F s= ×D = ×D
Kraftwandler (Hebel, Flaschenzug, schiefe Ebene) er-möglichen es, die gleiche Arbeit mit einer kleineren Kraftzu verrichten, die auf einem entsprechend längeren Wegangewendet werden muss.
Wie ist die Leistung festgelegt?
Die Leistung P wird als Quotient aus umgesetzterEnergiemenge und dafür benötigtem Zeitabschnitt tdefiniert:
EP
t
D=D
Einheit: [ ] 1 1 1J
P Watt Ws
= = =
Was ist der Wirkungsgrad?
Der Wirkungsgrad h eines Vorgangs oder einer Maschi-ne ist definiert als Quotient aus „nützlicher" Energie-umsetzung ENutz und insgesamt umgesetzter EnergieEGesamt. Er kann auch über die Leistungsdaten PNutz undPGesamt berechnet werden.
Nutz Nutz
Gesamt Gesamt
E P
E Ph
D= =D
Bei jedem Vorgang und jeder Maschine ist derWirkungsgrad kleiner als l (bzw. kleiner als 100%), daReibung nie vollständig ausgeschlossen werden kann.
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Grundwissen Physik für die 10. Klasse : Energie
Wie ist ein einfacher Stromkreis aufgebaut?
Ein geschlossener Stromkreis liegt dann vor, wenn diebeiden Pole der Elektrizitätsquelle mit den Anschlüsseneines elektrischen Bauteils oder Elektrogeräts leitend ver-bunden sind.
Wie kann man sich den elektrischen Strom im Modell vorstellen?
Elektrischer Strom fließt genau dann, wenn sichelektrisch geladene Teilchen bewegen.
Positiv geladene Teilchen bewegen sich im Stromkreisaußerhalb der Elektrizitätsquelle vom Pluspol zumMinuspol hin; negativ geladene Teilchen bewegen sichzum Pluspol hin.
Was ist die kleinste Ladung?
Der Betrag der Ladung eines Elektrons oder Protonsheißt Elementarladung (Formelzeichen e). Der allgemeine Formelbuchstabe für eine elektrischeLadung ist q bzw. Q.
Einheit: [ ] 1 1 1Q Coulomb C As= = =
Welche Wirkungen hat elektrischer Strom?
Wenn elektrischer Strom fließt, können folgendeWirkungen auftreten:
Wärmewirkung, z.B. bei Herdplatte, Föhn, Glüh-lampe, Schmelzsicherung
Leuchtwirkung, z.B. bei Leuchtdiode, Leuchtstoff-röhre
chemische Wirkung, z.B. bei Batterie, Akku, Elek-trolyse
magnetische Wirkung, z.B. bei Elektromagneten
Immer, wenn ein elektrischer Strom fließt, tritt auch einemagnetische Wirkung auf.
Was sind die elektrischen Größen Stromstärke, Spannung und Widerstand?
Die elektrische Stromstärke I ist ein Maß dafür, wieviele Ladungen je Zeitabschnitt an einer Stelle des Strom-kreises vorbeiwandern.
Es gilt Q
It
D=D
Einheit: [ ] 1 1 1C
I Ampere As
= = =
Das Stromstärkemessgerät (Amperemeter) wird direkt inden Stromkreis eingebaut.
Die Spannung U ist die Ursache für den elektrischenStrom. Je höher die Spannung ist, desto größer ist dieStromstärke, die sie am gleichen Bauteil hervorruft.
Einheit: [ ] 1 1U Volt V= =
Das Spannungsmessgerät (Voltmeter) wird an den Poleneiner Elektrizitätsquelle angeschlossen.
Der Widerstand R ist eine Eigenschaft eines elek-trischen Bauteils oder Elektrogeräts. Liegt an denAnschlüssen eines Elektrogeräts die Spannung U an undfließt dann ein Strom mit der Stromstärke I, so ist derWiderstand des Elektrogeräts:
anliegendeSpannungR
Stromstärke= kurz:
UR
I=
Einheit: [ ] 1 1 1V
R OhmA
= = = W
Rechenbeispiel:
An einem Widerstand von 2,5 k liegt eine Spannungvon 10 V an. Dann ist die Stromstärke:
10 100,0040 4,0
2,5 2500
U V VI A mA
R k= = = = =
W W
Was besagt das Gesetz von Ohm?
Ein Bauteil folgt dem Gesetz von Ohm, wenn derWiderstand bei veränderter Spannung konstant bleibt. Indiesem Fall sind die Spannung U und die Stromstärke Iproportional zueinander,
kurz: konstantR = bzw. U I:
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Grundwissen Physik für die 10. Klasse : Elektrizität 1
Was gilt bei einer Reihenschaltung?
o
Bei einer Reihenschaltung der Widerstände R1 und R2
fließt durch jeden Widerstand die gleiche Stromstärke I0.
Die Summe aller Spannungen an den einzelnen Wider-ständen ist gleich der Gesamtspannung, die an der Reiheanliegt:
0 1 2U U U= +
Der Gesamtwiderstand ist die Summe aller Einzel-widerstände:
1 2gesR R R= +
Was gilt bei einer Parallelschaltung?
o
Bei einer Parallelschaltung der Widerstände Rl und R2
liegt an jedem Widerstand die gleiche Spannung U0.
Der Gesamtstrom in den Zuleitungen ist gleich derSumme der Ströme durch die einzelnen Widerstände:
1 2gesI I I= +
Der Kehrwert des Gesamtwiderstands ist gleich derSumme der Kehrwerte der Einzelwiderstände:
1 2
1 1 1
gesR R R= +
Wie berechnet sich der elektrische Energieumsatz?
Liegt an einem Elektrogerät die Spannung U an undfließt ein Strom I, so berechnet man die elektrischeLeistung Pelek aus dem Produkt von Spannung undStromstärke:
elekP U I= × Einheit: [ ] 1 1P VA W= =
Aus dem Zusammenhang elek elekP E t= D D ergibt sichfür die umgesetzte elektrische Energie:
elekE P t U I tD = ×D = × ×D
Einheiten: [ ] 1 1 1elekE VAs Ws JD = = =
61 3600000 3,6 10 3,6kWh Ws J MJ= = × =
Was ist ein elektrisches Feld?
Wenn sich in einem Raum elektrische Kraftwirkungenzeigen, gibt es dort ein elektrisches Feld.
Das elektrische Feld beschreibt man durch elektrischeFeldlinien, die die Richtung der Kraft auf eine positiveProbeladung angeben.
Die Feldlinien beginnen immer bei einer positivenLadung und enden an einer negativen Ladung.
Ladungen im elektrischen Feld
Positive Ladungen werden in Feldrichtung, negativeLadungen werden gegen die Feldrichtung beschleunigt.
Was ist ein magnetisches Feld?
Dem Raum, in dem sich magnetische Kraftwirkungenzeigen, ordnet man ein magnetisches Feld zu. Man be-schreibt dieses durch Hilfslinien, die man magnetischeFeldlinien nennt.
Die Richtung einermagnetischen Feldlinieist die gleiche Rich-tung, in die derNordpol einer Magnet-nadel an diesem Ortzeigt. (Magnetnadeln richtensich entlang einerFeldlinie aus.)
Die Richtung eines Magnetfelds umeinen geraden Draht, durch denStrom fließt, lässt sich durch dieRechte-Hand-Regel bestimmen: Umfasst man den Draht so mit derrechten Hand, dass der Daumen inStromrichtung zeigt, so geben dieFinger die Richtung der magneti-schen Feldlinien an.
Das Magnetfeld einerDrahtspule sieht imAußenbereich genausoaus wie das Magnetfeldeines Stabmagneten.
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Grundwissen Physik für die 10. Klasse : Elektrizität 2
Kraft auf stromdurchflossene Leiter
Auf einen stromdurchflossenen Leiter wirkt in einemMagnetfeld eine Kraft, wenn der Leiter nicht genauparallel zu den Magnetfeldlinien verläuft.
Die Richtung der Kraftwirkung erhält man mithilfe derDrei-Finger-Regel der rechten Hand:
Der Strom ist die Ursache, das Magnetfeld die Vermittlung, die Kraft stellt die Wirkung dar
.
Kraft auf Ladungen im Magnetfeld
Die Kraft, die auf bewegte Ladungen in einem Magnet-feld wirkt, heißt Lorentzkraft.
Die Kraft ist am größten, wenn sich die Teilchen senk-recht zu den Magnetfeldlinien bewegen, und Null, wennsie sich parallel zu den Feldlinien bewegen.
Die Lorentzkraft ist umso größer, je größer die Ges-chwindigkeit des Teilchens und je stärker das Magnetfeldist.
Die Richtung der Lorentzkraft gewinnt man mit der Drei-Finger-Regel (siehe oben), wenn Magnetfeld und Bewe-gungsrichtung zueinander senkrecht stehen.
Was ist Induktion?
Ändert sich das Magnetfeld durch eine Leiterschleife,egal ob dabei die Schleife oder ein Magnet bewegt wird,dann entsteht zwischen den Enden der Schleife eineInduktionsspannung Ui.
Wenn ein geschlossener Stromkreis vorliegt, dann fließtohne weitere Elektrizitätsquelle ein Induktionsstrom Ii.
Induktion tritt nicht auf, wenn sich ein beliebigesMagnetfeld innerhalb eines Leiterstücks nicht verändert.
Der Betrag der Induktionsspannung ist umso größer,je schneller die Änderung des Magnetfelds erfolgt undje größer sie ist.
Was besagt die Regel von Lenz?
Wird in einem geschlossenen Stromkreis ein Induktions-strom induziert, dann ist er stets so gerichtet, dass seineWirkung der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.
Wie funktioniert ein Elektromotor?
Bei einem Elektromotor wird ausgenutzt, dass auf einenstromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld eineKraft wirkt.
Dabei wird mithilfe elektrischer Energie mechanischeArbeit verrichtet.
Wie funktioniert ein Generator?
In einem Generator wird die Induktionsspannung inLeiterschleifen, in denen sich ein Magnetfeld ändert,ausgenutzt. Dabei wird mechanische Energie inelektrische Energie umgewandelt.
Ohne Polwechsler liefert ein Generator Wechsel-spannung.
Wie funktioniert ein Transformator?
Ein Transformator nutzt das Phänomen der elektro-magnetischen Induktion aus.
Mit einem Transformator lassen sich Wechselspannun-gen vergrößern oder verkleinern.
Das Verhältnis der Sekundärspannung US zur Primär-spannung UP ist gleich dem Verhältnis der entsprechen-den Windungszahlen.
Im Idealfall der optimalen Energieübertragung ist dasVerhältnis der Stromstärken gerade umgekehrt wie dasVerhältnis der entsprechenden Windungszahlen:
S S P
P P S
U N I
U N I= »
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Grundwissen Physik für die 10. Klasse : Elektrizität 3
Welche Aggregatzustände gibt es?
Materie kommt in festem, flüssigem oder gasförmigemZustand vor. Beim Festkörper bewegen sich die Teilchenunregelmäßig um feste Plätze herum. Bei einer Flüssig-keit lassen sich die Teilchen leicht gegeneinander ver-schieben, beim Gas fliegen sie frei umher
Was bedeutet „innere Energie"?
Die innere Energie eines Gegenstands setzt sich aus denpotenziellen und kinetischen Energien der Teilchenzusammen, aus denen der Gegenstand besteht.
Die potenzielle Energie kommt von den Kräftenzwischen den Teilchen, die kinetische Energie steckt inderen unregelmäßigen Bewegungen.
Was ist Temperatur?
Die mittlere kinetische Energie, die in den unregel-mäßigen Bewegungen der Teilchen eines Festkörpers,einer Flüssigkeit oder eines Gases steckt, ist ein Maß fürdie Temperatur.
Was weiß man über Atome?
Atome haben einen Durchmesser von ungefähr 10-10 m.Sie bestehen aus einem Kern und einer Hülle.
Der Kern trägt fast die gesamte Masse des Atoms und istpositiv geladen. Sein Durchmesser liegt in der Größen-ordnung von 10-15 m.
Die Hülle enthält die negativ geladenen Elektronen.
Die Atomkerne bestehen aus den positiv geladenenProtonen und den elektrisch ungeladenen Neutronen.
Atome mit derselben Protonenanzahl Z, aber mit unter-schiedlicher Neutronenanzahl N, heißen Isotope.
Was sind Photonen?
Photonen transportieren eine bestimmte Lichtenergie, diewir im sichtbaren Bereich als Farben wahrnehmen.
Photonen bewegen sich mit der Lichtgeschwindigkeit cund können nur als Ganzes erzeugt und vernichtetwerden.
Wie strahlt ein Atom?
Die Elektronenhülle eines Atoms besitzt nur bestimmteEnergieniveaus. Das Atom kann auf ein höheres Energie-niveau wechseln, wenn ihm von außen die passendeEnergie zugeführt wird.
Wechselt die Elektronenhülle von einem höheren auf einniedrigeres Energieniveau, so sendet das Atom einPhoton mit der Energiedifferenz der beiden Energie-niveaus aus.
Den Unterschied zweier Energieniveaus erkennt man imLichtspektrum als einzelne Linie. So ein Spektrum nenntman diskret.
Treffen Photonen unterschiedlicher Energie auf einAtom, so werden nur die Photonen absorbiert, derenEnergie genau gleich dem Unterschied zweierEnergieniveaus des Atoms ist.
Welche Spektren gibt es?
Das Spektrum, das durch die Aussendung von Licht vonangeregten Elektonenhüllen der Atome entsteht, heißtEmissionsspektrum.
Das Licht eines glühenden Gegenstandes enthält so vieleFarben, dass es ein kontinuierliches Spektrum bildet.
Ein Absorptionsspektrum entsteht, wenn durch Absorp-tion in einem kontinuierlichen Spektrum einzelne Linienfehlen.
Was ist Röntgenstrahlung?
Röntgenstrahlung entsteht, wenn Elektronen in Materieabgebremst werden.
Bei einem Röntgenspektrum gibt es den Anteil dercharakteristischen Strahlung, die aus dem Atom kommt,und den kontinuierlichen Anteil der Bremsstrahlung.
Was ist radioaktive Strahlung?
Bei Kernumwandlungen sendet der Kern eine typischeStrahlung aus, die im Allgemeinen aus drei Kompo-nenten besteht:
-Strahlung besteht aus schnellen Heliumkernen.Diese sind zweifach positiv geladen und besitzenetwa 7000-mal so viel Masse wie ein Elektron.
-Strahlung besteht aus Elektronen, ß+-Strahlungaus Positronen.
-Strahlung besteht aus Photonen mit sehr hoherEnergie.
Wie wandeln sich Atomkerne um?
Beim spontanen Kernzerfall sendet ein AtomkernTeilchen aus und wandelt sich in einen anderenAtomkern um.
Für eine künstliche Kernspaltung wird der Atomkern mitTeilchen beschossen, wodurch er in mehrere Bruchstückezerfällt.
Atomkerne können miteinander zu einem neuen Atom-kern verschmelzen. Diesen Vorgang nennt man Kern-fusion.
Was ist die Halbwertszeit?
Ist eine Halbwertszeit vergangen, dann ist die Hälfte derursprünglich vorhandenen Kerne zerfallen. Die Aktivitätist auf die Hälfte gesunken.
Nach zwei Halbwertszeiten ist nur noch ein Viertel derursprünglichen Kerne vorhanden. Die Aktivität beträgtdann ein Viertel des Anfangswerts.
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Grundwissen Physik für die 10. Klasse : Materie
