Stromkreis – Lernwege
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Was ist elektrische Spannung?
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Was ist elektrischer Strom und was bedeutet Stromstärke?
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Stromkreis – Lexikoneinträge
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Als Dielektrikum bezeichnet man einen elektrisch isolierenden Stoff ( Isolator ), der in einem äußeren elektrischen Feld aufgrund von Polarisationseffekten ein elektrisches Gegenfeld aufbaut. Bringt man ein Dielektrikum zwischen die Platten eines Kondensators , so vergrößert sich dessen Kapazität um einen Faktor \(\epsilon_\text r\) , die Dielektrizitätszahl .
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Die elektrische Kapazität (von lat. capacitas „Fassungsvermögen“) ist eine elektrostatische bzw. elektrodynamische Größe mit dem Formelzeichen C . Sie gibt an, wie viel elektrische Ladung ein Kondensator bei einer gegebenen Spannung U speichert: \(C=\dfrac Q U\) Die SI-Einheit der Kapazität ist das Farad (F), es gilt \(1\,\text F =\dfrac{1\,\text C}{1\,\text V}\) . Aufgrund der Definitionen des Einheitensystems haben technische Kondensatoren meist sehr geringe Zahlenwerte, die typische Größenordnungen sind Nano- und Pikofarad. Achtung: Vor allem in der Elektrotechnik werden Kondensatoren oft...
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Teilt man die potenzielle elektrische Energie E pot, el , die eine Probeladung Q an einem Punkt P in einem elektrischen Feld \(\vec E\) hat, durch Q , erhält man das elektrische Potenzial \(\varphi\) an diesem Ort hat: \(\varphi = \dfrac{ E_\text{pot, el} (P,\, P_0) }{ Q } = \dfrac{ \int_{P_0}^P \vec F_\text C \cdot \text d\vec s}{ Q } = \int_{P_0}^P \vec E \cdot \text d\vec s\) Dabei sind P 0 der beliebig wählbare Potenzialnullpunkt und \(\vec F_\text C\) die Coulomb-Kraft . Da die Wahl des Potenzialnullpunkts keine physikalische Bedeutung hat (ählich wie die Wahl des Ursprungs in einem...
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Die elektrische Stromstärke I gibt (wie der Name schon sagt) die Stärke eines elektrischen Stroms an. Ihre Einheit ist die SI-Basiseinheit Ampere (A). Die Stromstärke ist die Ableitung der elektrischen Ladung Q nach der Zeit. Sie gibt also an, um welchen Betrag \(\Delta Q\) DQ sich Q in der Zeit \(\Delta t\) ändert: \(I = \dfrac{\Delta Q}{\Delta t} \quad \text{bzw.} \quad \dfrac{\text dQ}{\text d t} \equiv \dot Q\) Die auf den Leiterquerschnitt bezogene Stromstärke ist die Stromdichte j , die oft auch als Vektor \(\vec j\) definiert wird. Die Richtung dieses Vektors ist die Richtung des...
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Der elektrische Widerstand R ist eine physikalische Größe, die angibt, wie stark sich Leiter einem elektrischen Strom widersetzt. Er ist definiert als das Verhältnis aus elektrischer Spannung U zwischen den Endpunkten des Leiters und der durch ihn fließenden Stromstärke I : \(R=\dfrac U I \quad \text{bzw.} \quad U = R \cdot I\) Dies beudetet: Je größer der Widerstand, desto kleiner ist bei gegebener Spannung der Strom bzw. desto größer muss die Spannung sein, mit der ein gegebener Stromfluss erreicht wird. Die SI-Einheit des elektrischen W. ist das Ohm ( \(\Omega,\ 1\,\Omega = 1\,\dfrac{\text...
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Bezeichnung für eine leitende Verbindung eines Gerätes oder Leiters mit dem Erdboden, der als ein unbegrenzt großes Reservoir für überschüssige Ladungen angesehen werden kann. Dadurch werden Nutzer (oder experimentierende Schüler) vor möglicherweise tödlichen Stromschlägen geschützt. Zum Erden werden vom Elektriker spezielle Schutzleiter eingesetzt. Auch über Heizrohre oder Wasserleitungen können geschulte Personen eine Erdung von Elektrogeräten einrichten.
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Ein Ersatzschaltbild ist eine vereinfachte Darstellung eines Stromkreises , bei der die realen Bauteile durch Serien - und Parallelschaltungen von Grundelementen wie Widerstand , Kondensator , Spule und Spannungsquelle ersetzt werden. Das Ersatzschaltbild ist leichter zu berechnen, hat aber (annähernd) die gleichen physikalischen Parameter. Einfachstes Beispiel ist das Ersetzen einer Serienschaltung von Widerständen R i durch einen einzelnen Ersatzwiderstand R Reihe mit \(\displaystyle R_\text{Reihe}=\sum_i R_i\) bzw. einer Parallelschaltung von Widerständen R j mit \(\displaystyle 1/R_\text...
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Wenn sich in einem Stromkreis elektrische Stromstärke und Spannung in Betrag und Richtung konstant sind, spricht man von Gleichstrom bzw. Gleichspannung . Bei zeitlich variablem Stromfluss bzw. variabler Spannung handelt es sich Wechselstrom bzw. -spannung . Oft wird die Bezeichnung auch für eine Spannung verwendet, die zwar nicht konstant ist, die aber ihr Vorzeichen nicht wechselt ( pulsierende Gleichspannung ). Für Gleichspannung verwendet man häufig das Symbol U = . Nach der engl. Bezeichnung „direct current“ benutzt man für Gleichstrom auch die Abkürzung DC .
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Der Hall-Effekt wurde 1879 von Edwin H. Hall entdeckt und tritt in stromdurchflossenen Leitern auf, in denen senkrecht zur Stromrichtung ein magnetisches Feld wirkt. Der Effekt beruht auf der Lorentz-Kraft , welche die senkrecht zum Magnetfeld bewegten Ladungsträger seitlich ablenkt, wodurch sich an den seitlichen Begrenzungen des Leiters Ladungsträger ansammeln, was wiederum eine elektrische Spannungsdifferenz bewirkt, die Hall-Spannung U H (Abb.). Der Hall-Spannung entspricht ein e lektrisches Gegenfeld \(\vec E_\text H\) , dessen Coulomb-Kraft auf die Ladungsträger der Lorentz-Kraft...
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Ein Kondensator ist ein elektronisches Bauelement zum (kurzzeitigen) Speichern von elektrischer Ladung bzw. Energie . Ein Kondensator besteht aus zwei elektrischen Leitern , die durch ein Dielektrikum (einen Isolator ) voneinander getrennt sind. Die einfachste Bauform ist der Plattenkondensator mit zwei parallelen Metallplatten und Luft als Dielektrikum. Die beiden Platten (allgemeiner: Elektroden) eines Kondensators speichern entgegengesetzt gleiche Ladungen + Q bzw. – Q . Diese Ladungsmenge ist proportional zur anliegenden Spannung : \(Q=C\cdot U\) Der Proportionalitätsfaktor C ist die...
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Der 1826 von Georg Simon Ohm gefundene lineare Zusammenhang zwischen der Spannung und der Stromstärke in einem Gleichstromkreis : Bei konstanter Temperatur ist die elektrische Stromstärke I in einem Leiter proportional zur anliegenden Spannung U : U ~ I . Der Proportionalitätsfaktor R wird als elektrischer Widerstand bezeichnet: \(U=R\cdot I\) Im Strom-Spannungs-Diagramm sind man also eine Gerade mit der Steigung R . Elektrische Bauteile, an denen der Widerstand dem Ohmschen Gesetz folgt, nennt man auch Ohmsche Widerstände . Im Wechselstromkreis gilt das Ohmsc he Gesetz im Allgemeinen nicht.
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Ein Kondensator , der aus zwei parallelen, elektrisch leitenden Platten besteht. Im aufgeladenen Zustand ergibt sich im Inneren ein annähernd homogenes elektrisches Feld , das senkrecht auf den Plattenoberflächen steht (Abb.). Der Betrag E der elektrischen Feldstärke ist umso größer, je größer die Spannung U am Kondensator und je kleiner der Abstand d zwischen den Platten ist: \(E=\dfrac U d\) Die Leiterplatten sind Äquipotenzialflächen , die übrigen Äquipotenzialflächen im Inneren sind parallel zu den Platten. Weiter ist die Kapazität C des Plattenkondensators proportional zur Fläche A einer...