• 27.10.2013
      07:45 Uhr
      TELEKOLLEG Physik - Elektrizität Verzweigter Stromkreis | ARD-alpha
       

      Fachinformation zum Unterrichtsfach Physik innerhalb des Telekollegs: Bisher haben wir uns nur mit einfachen Stromkreisen befasst - sie enthielten nur ein elektrisches Bauteil. In dieser Folge werden nun Stromkreise aus zwei und mehr Bauteilen behandelt. Themen:

      • Stromkreise mit mehreren Bauteilen
      • Serien- und Parallelschaltung
      • Anwendungen und die Kirchhoff-Regeln
      • Spezifischer Widerstand
      • Isolator - Halbleiter - Leiter - Supraleiter

      Sonntag, 27.10.13
      07:45 - 08:15 Uhr (30 Min.)
      30 Min.
      Stereo

      Fachinformation zum Unterrichtsfach Physik innerhalb des Telekollegs: Bisher haben wir uns nur mit einfachen Stromkreisen befasst - sie enthielten nur ein elektrisches Bauteil. In dieser Folge werden nun Stromkreise aus zwei und mehr Bauteilen behandelt. Themen:

      • Stromkreise mit mehreren Bauteilen
      • Serien- und Parallelschaltung
      • Anwendungen und die Kirchhoff-Regeln
      • Spezifischer Widerstand
      • Isolator - Halbleiter - Leiter - Supraleiter

       
      • Stromkreise mit mehreren Bauteilen

      Sie kennen aus dem Alltag viele Anwendungen, bei denen mit einer Elektrizitätsquelle mehrere Geräte oder Bauteile gleichzeitig betrieben werden. Das klarste Beispiel sind Vielfachsteckdosen, mit denen Sie zum Beispiel eine Lampe, einen Computer und einen Monitor an eine einzige Steckdose anschließen können. Jedes dieser Geräte können sie einzeln einschalten und es funktioniert unabhängig von den anderen. Die Geräte werden hier "parallel" angeschlossen. Ein anderes Beispiel für eine "Parallelschaltung" ist eine Halogenbeleuchtung: Ein einziger Trafo versorgt die im Raum gespannte Doppelleitung mit der ungefährlichen Niedrigspannung von 12 Volt. Jede angeschlossene Halogenlampe wird deshalb unabhängig von den anderen mit 12 V betrieben.

      • Serien- und Parallelschaltung

      Wenn sich mehrere Bauteile eine gemeinsame Spannung teilen, dann wird der Begriff "Spannungsabfall" wichtig. Darunter ist die Teilspannung gemeint, die man an einem Teil des gemeinsamen Widerstands abgreift. In einem Modellexperiment mit einem leitfähigen Streifen zeigt sich der Zusammenhang zwischen dem Teilwiderstand und der Teilspannung: Je schmaler der Streifen, desto größer der Widerstand und der Spannungsabfall.

      • Anwendungen und die Kirchhoff-Regeln

      Jede noch so komplizierte Schaltung lässt sich Stück für Stück aus einfachen Serien- und Parallelschaltungen aufbauen und deshalb erklären die jeweils vier Formeln für die Parallel- und die Serienschaltung viele Anwendungen. Als erstes wird ein "Potentiometer" untersucht. Ein Widerstand ist mit einem dritten Kontakt versehen. Durch einen Schleifmechanismus können beliebige Anteile des Gesamtwiderstands abgegriffen werden. Dementsprechend erhält man zwischen diesem Schleifkontakt und einem der beiden festen Kontakte beliebige Teilspannungen der Gesamtspannung. So lässt sich eine "Dimmerschaltung" realisieren.

      • Spezifischer Widerstand

      Für die Elektrizitätsversorgung braucht man sowohl Materialien, die Strom sehr gut leiten, als auch das Gegenteil. Aluminium erhält bei Hochspannungsleitungen den Vorzug vor Kupfer, weil es nur wenig schlechter leitet, dafür aber viel leichter ist und vor allem viel preisgünstiger. Für die Befestigung an den Masten haben sich Isolatoren aus Porzellan bewährt. Wenn man den Widerstand von Leiterstücken mit gleicher Länge und gleichem Querschnitt vergleicht, dann erwächst der Wunsch, die unterschiedliche Leitfähigkeit durch eine Materialkonstante auszudrücken.

      • Isolator - Halbleiter - Leiter - Supraleiter

      Die Werte für den spezifischen Widerstand reichen bei Materialien von fast unendlich (Isolatoren) bis fast null (sehr gute Leiter). Besonderes Interesse wecken die sogenannten Supraleiter mit einem Widerstand, der wirklich null ist.

      Mit einer Probe eines modernen Supraleitertyps wird ein Experiment durchgeführt: Bei "normalen" Temperaturen verhält sich das Material wie ein Metall, sein Widerstand sinkt mit sinkender Temperatur. Aber unterhalb einer kritischen Temperatur, die je nach Supraleitermaterial unterschiedlich ist, verschwindet sein Restwiderstand sprungartig. Supraleiter, die bereits mit flüssigem Stickstoff ihre besondere Eigenschaft erreichen, nennt man seltsamerweise "Hochtemperatur-Supraleiter". Der Grund dafür: Die bisher bekannten Materialien zeigen den Effekt erst bei viel tieferen Temperaturen, nämlich bei der Temperatur von flüssigem Helium - das sind die sogenannten "Tieftemperatur-Supraleiter".

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      Sonntag, 27.10.13
      07:45 - 08:15 Uhr (30 Min.)
      30 Min.
      Stereo

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