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elektrische SpannungZoomA-Z

Fachgebiet - Elektrizitätslehre

Jedem Punkt eines elektrischen Feldes kann eine potenzielle Energie, ein elektrisches Potenzial, zugeordnet werden. Sie entspricht der Arbeit, die man aufwenden müsste, um eine Ladung vom feldfreien Raum zum entsprechenden Punkt des Feldes zu befördern.

Mit Hilfe dieses elektrischen Potenzials ϕ kann der Begriff der elektrischen Spannung definiert werden:

U=Δϕ=ϕ2ϕ1

Die Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten des elektrischen Feldes heißt elektrische Spannung. Ihr Formelzeichen ist U, die Einheit Volt (V).

Allgemein kann die Spannung zwischen zwei Punkten P1 und P1 des elektrischen Feldes E angegeben werden als:

U=P1P2Edr

Die Größe der elektrischen Spannung ist ausschlaggebend für den Betrag der elektrischen Arbeit, die für die Bewegung einer Ladung im elektrischen Feld aufgewendet werden muss.

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

Kondensatoraufladung und -entladungLevel 225 min.

PhysikElektrizitätslehreElektrischer Stromkreis

In diesem Lernabschnitt werden die grundlegenden Eigenschaften des Kondensators aus dem Modul: "Elektrisches Feld" noch einmal wiederholt. Danach wird mit einem JPAKMA-Projekt die Auf- und Entladung eines Kondensators untersucht und erklärt. Im zweiten Teil sollen die Zusammenhänge der bei der Kondensatoraufladung und -entladung wichtigen Größen noch einmal logisch angeordnet werden. Zum Schluss wird noch die Differenzialgleichung der Kondensatoraufladung und -entladung hergeleitet und die exakte Lösung ermittelt.

Leistungskurve der PEM-BrennstoffzelleLevel 190 min.

ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie

Eine Brennstoffzelle erzeugt aus Sauerstoff und Wasserstoff elektrischen Strom und Wärme. In diesem Experiment wird die maximale Leistungsausbeute einer Brennstoffzelle ermittelt.

Leistung der Direkt-Methanol-BrennstoffzelleLevel 190 min.

ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie

Die abgegebene Leistung einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle hängt von dem angeschlossenen Lastwiderstand ab. In diesem Experiment lernen Sie den passenden Widerstand zu ermitteln, um eine optimale Leistungsausbeute zu bekommen.

Leistung des PEM-ElektrolyseursLevel 190 min.

ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie

Der Elektrolyseur zerlegt Wasser in die Gase Wasserstoff und Sauerstoff, die in Gastanks gespeichert werden können. Die Zersetzung des Wassers beginnt jedoch erst oberhalb der Zersetzungsspannung. In diesem Experiment wird die Zersetzungsspannung ermittelt, die benötigt wird, um mit einem PEM-Elektrolyseur Wasser zu zerlegen.

Versuch zur Leistung der Direkt-Methanol-BrennstoffzelleLevel 190 min.

ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie

Die abgegebene Leistung einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle hängt von dem angeschlossenen Lastwiderstand ab. In diesem Experiment lernen Sie den passenden Widerstand zu ermitteln, um eine optimale Leistungsausbeute zu bekommen

Versuch zur Leistung einer BrennstoffzelleLevel 190 min.

ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie

Brennstoffzellen wandeln chemische Energie (aus Sauerstoff und Wasserstoff) in elektrische Energie (Strom). Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Brennstoffzelle zeigt an, bei welcher Spannung der Stromfluss maximal ist. Die Leistungskurve zeigt an, bei welchem Widerstand die Brennstoffzelle ihr Leistungsmaximum hat. In diesem Experiment wird die maximale Leistungsausbeute einer Brennstoffzelle ermittelt.

Versuch zur Zersetzungsspannung: Der PEM-ElektrolyseurLevel 190 min.

ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie

Der Elektrolyseur zerlegt Wasser in die Gase Wasserstoff und Sauerstoff, die jeweils in den Gastanks gespeichert werden. Die Zersetzung des Wassers beginnt jedoch erst oberhalb der Zersetzungsspannung. Ziel des Versuches ist es, zu erkennen, dass Wasser bei der Elektrolyse erst ab einer Mindestspannung zerlegt wird.

Die elektrische LadungLevel 145 min.

PhysikElektrizitätslehreElektrostatik

In diesem Kapitel sollen neue Eigenschaften der Materie behandelt werden: die elektrischen Eigenschaften. Wir werden anhand von einfachen Experimenten das Verhalten der Elektrizität untersuchen und daraufhin physikalische Größen definieren, mit denen es beschrieben werden kann. Ohne Elektrizität ist unser heutiges Leben kaum noch vorstellbar: von der Glühbirne bis zur Heizung, vom Diskettenlaufwerk bis zum Fahrstuhl, vom Zahnarztbohrer bis zum Röntgenapparat. Ohne elektrische Energie wäre unser heutiger Lebensstandard nicht möglich. Wir entnehmen die Elektrizität beispielsweise aus Batterien oder der Steckdose. Doch wie gelangt sie dort hin? Und was ist Elektrizität überhaupt? Um diese Fragen zu klären, betrachten wir zunächst Situationen, in denen sie uns eher überraschend begegnet – ohne Batterie und Steckdose.

Ladung, Strom und SpannungLevel 130 min.

PhysikElektrizitätslehreElektrischer Stromkreis

In diesem Lernabschnitt wird der elektrische Strom eingeführt. Dabei soll ein Analogiemodell des Wasserstromkreises helfen, die Vorstellung und Begriffsbildung von elektrischer Ladung, elektrischer Stromstärke und der elektrischen Spannung zu unterstützen. Es werden zudem Spannungsquellen anhand von Beispielen vorgestellt. Die Stromrichtung wird eingeführt und die Wirkungen des elektrischen Stromes erklärt. Außerdem wird die elektrische Stromstärke als Basisgröße definiert.

Der einfache StromkreisLevel 120 min.

PhysikElektrizitätslehreElektrischer Stromkreis

In diesem Lernabschnitt wird der einfache Stromkreis eingeführt. Das Verhalten von elektrischer Spannung und elektrischer Stromstärke wird hier erläutert. Die Reihen- und Parallelschaltung von Spannungsquellen wird anhand von Modellen veranschaulicht.

Versuch mit dem SolarmodulLevel 190 min.

ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie

Die Strom-Spannungs-Kennlinie gibt Aufschluss über das Leistungsverhalten eines Solarmoduls. Aus der Strom-Spannungs-Kennlinie sowie aus der Leistungskurve erhält man den Punkt maximaler Leistung, den sogenannten Maximum Power Point (MPP). Der Wirkungsgrad des Solarmoduls gibt an, wie viel der eingestrahlten Energie von dem Solarmodul in elektrische Energie umgewandelt wird. Ziel dieses Versuches ist es, die Leistung des Solarmoduls zu testen.

Die Arbeit im elektrischen FeldLevel 230 min.

PhysikElektrizitätslehreElektrostatik

In diesem Kapitel werden Arbeit und Energie im elektrischen Feld betrachtet.