Wirkungen des elektrischen Stroms

Wirkungen des elektrischen Stroms Übung

• Gib Beispiele für die vier Wirkungen des elektrischen Stroms an.

  Tipps

  Die magnetische Wirkung kann zu Schall führen.

  In elektrischen Geräten, die die Wärmewirkung des elektrischen Stroms nutzen, sind Heizspiralen verbaut.
  Heizspiralen sind dicke Drähte, die sich aufgrund des hindurchfließenden Stroms sehr stark erwärmen, also aufheizen.

  Lösung

  Elektrischer Strom ist in unserem täglichen Leben unverzichtbar. Wir können seine Wirkung in vier Bereiche unterteilen:

  Die Wärmewirkung

  In elektrischen Geräten, die die Wärmewirkung des elektrischen Stroms nutzen, sind Heizspiralen verbaut. Heizspiralen sind dicke Drähte, die sich aufgrund des hindurchfließenden Stroms sehr stark erwärmen, also aufheizen. Das liegt daran, dass die elektrisch geladenen Teilchen, die den Strom ausmachen, in Bewegung sind und sowohl untereinander als auch mit den festsitzenden Atomen im Draht wechselwirken. Dadurch entsteht Wärme, welche an die Umgebung der Heizspirale abgegeben wird.
  Beispiele hierfür sind:

  • Wasserkocher
  • Kaffeemaschine
  • Eierkocher

  Die Lichtwirkung

  Auch die Lichtwirkung entsteht dadurch, dass elektrisch geladene Teilchen wechselwirken und Energie abgeben. In diesem Fall geben sie die Energie jedoch in Form von Licht ab. Dafür werden spezielle Materialien verwendet.
  Beispiele hierfür sind:

  • LED
  • Energiesparlampe

  Die magnetische Wirkung

  Jeder stromdurchflossene Draht erzeugt ein (schwaches) Magnetfeld. Durch die so erzeugte magnetische Wirkung kann beispielsweise eine Membran in Schwingung versetzt werden, welche dann Schall erzeugt.
  Beispiele hierfür sind:

  • Lautsprecher
  • Kopfhörer

  Übrigens: Die magnetische Wirkung, über die der Strom letztendlich zu Bewegung führt, wird auch in Elektromotoren genutzt.

  Die chemische Wirkung

  Bei der sogenannten Elektrolyse wird mithilfe von elektrischem Strom Wasser aufgespalten in Wasserstoff und Sauerstoff. Dieser Vorgang kann auch umgekehrt genutzt werden, indem chemisch gespeicherter Strom bei Bedarf wieder abgegeben wird.
  Ein Beispiel hierfür ist:

  • Handyakku

• Fasse die vier Wirkungen des elektrischen Stroms zusammen.

  Tipps

  Hier wird die Wärmewirkung in einer Heizspirale veranschaulicht.

  Beispiele für die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms sind Lautsprecher und Kopfhörer: Es wird durch die erzeugte magnetische Wirkung eine Membran in Schwingung versetzt.

  Lösung

  Elektrische Geräte vereinfachen unser Leben. Sie nutzen dabei den elektrischen Strom, indem elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt wird. Die dadurch entstehende Wirkung des elektrischen Stroms können wir physikalisch in vier Bereiche unterteilen:

  • die Wärmewirkung:

  In elektrischen Geräten, die auf der Wärmewirkung des elektrischen Stroms basieren, zum Beispiel Wasserkocher, sind Heizspiralen verbaut. Heizspiralen sind dicke Drähte, die sich aufgrund des hindurchfließenden Stroms stark aufheizen. Das liegt daran, dass die elektrisch geladenen Teilchen, die den Strom ausmachen, in Bewegung sind und sowohl untereinander als auch mit den festsitzenden Atomen im Draht wechselwirken. Dadurch entsteht Wärme, welche an die Umgebung der Heizspirale abgegeben wird.

  • die Lichtwirkung:

  Auch die Lichtwirkung, welche etwa bei LEDs genutzt wird, entsteht dadurch, dass elektrisch geladene Teilchen wechselwirken und Energie abgeben. In diesem Fall geben sie die Energie jedoch in Form von Licht ab. Dafür werden spezielle Materialien verwendet.

  • die magnetische Wirkung:

  Jeder stromdurchflossene Draht erzeugt ein (schwaches) Magnetfeld. Durch die so erzeugte magnetische Wirkung kann beispielsweise eine Membran in Schwingung versetzt werden, welche dann Schall erzeugt. Das kommt unter anderem bei Lautsprechern zum Tragen.

  • die chemische Wirkung:

  Mit der Energie des elektrischen Stroms können Stoffe zersetzt oder umgewandelt werden. Bei der sogenannten Elektrolyse wird mithilfe von elektrischem Strom Wasser aufgespalten in Wasserstoff und Sauerstoff. Dieser Vorgang kann auch umgekehrt genutzt werden, indem chemisch gespeicherter Strom bei Bedarf wieder abgegeben wird.

• Beschreibe, wie bei einem Föhn die Wirkung des elektrischen Stroms ausgenutzt wird.

  Tipps

  Elektrischer Strom wird unter anderem in einigen Geräten verwendet, um Hitze bzw. Wärme zu erzeugen. Wir sprechen dann von der Wärmewirkung des elektrischen Stroms.

  Fließt ein elektrischer Strom, so heißt das, dass sich elektrisch geladene Teilchen im Leiter bewegen.

  Lösung

  Elektrischer Strom wird unter anderem in einigen Geräten verwendet, um Hitze bzw. Wärme zu erzeugen. Wir sprechen dann von der Wärmewirkung des elektrischen Stroms.

  Ein Föhn ist ein Beispiel für ein Gerät, bei dem die Wärmewirkung des elektrischen Stroms genutzt wird.
  Im Inneren des Föhns befindet sich ein Heizdraht. Wird er vom elektrischen Strom durchflossen, erwärmt er sich. Das liegt daran, dass die elektrisch geladenen Teilchen, die den Strom ausmachen, in Bewegung sind und sowohl untereinander als auch mit den festsitzenden Atomen im Draht wechselwirken. Dadurch entsteht Wärme, welche an die Umgebung des Heizdrahtes abgegeben wird. Außer dem Heizdraht besitzt ein Föhn ein Gebläse. Es pustet Umgebungsluft an dem Heizdraht vorbei. Die Luft erwärmt sich dabei und kann dann zum Trocknen der Haare verwendet werden.

  Physikalisch betrachtet wandelt der Föhn somit elektrische Energie in Wärmeenergie um.

• Erkläre die Funktionsweise der Klingelschaltung.

  Tipps

  Wir unterscheiden vier verschiedene Wirkungen des elektrischen Stroms:

  • Wärmewirkung
  • Lichtwirkung
  • magnetische Wirkung
  • chemische Wirkung

  Jeder stromdurchflossene Draht erzeugt ein (schwaches) Magnetfeld.

  Es ist nur eine Aussage richtig.

  Lösung

  Wir unterscheiden vier verschiedene Wirkungen des elektrischen Stroms:

  • Wärmewirkung
  • Lichtwirkung
  • magnetische Wirkung
  • chemische Wirkung

  Für eine elektrische Klingel nutzen wir die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms aus.

  $\implies$ Die Aussage „Die Klingelschaltung nutzt die chemische Wirkung des elektrischen Stroms“ ist somit falsch.

  Wir betrachten im Folgenden genauer, wie die Schaltung aufgebaut ist und wie die magnetische Wirkung bei der Klingelschaltung genutzt wird:

  Die Klingelschaltung beinhaltet eine Spannungsquelle, einen Schalter, eine Spule, ein Metallelement über der Spule, welches mit dem Klöppel verbunden ist, und die Glocke. Wird der Schalter geschlossen, ist der Stromkreis geschlossen und es fließt ein elektrischer Strom durch die Spule. Wir wissen: Jeder stromdurchflossene Draht erzeugt ein (schwaches) Magnetfeld.

  $\implies$ Die Aussage „Fließt Strom durch die Kupferspule, wird diese zum Magneten.“ ist somit richtig.

  Der so angeschaltete Magnet zieht das Metallelement über der Spule an. Es bewegt sich auf die Spule zu. Der Klöppel bewegt sich somit in Richtung Glocke.

  $\implies$ „Bei geschlossenem Stromkreis wird der Klöppel von der runden Glocke angezogen“ ist falsch.

  Denn nicht die Glocke zieht den Klöppel an, sondern die Spule das Metallelement. Die Bewegung des Klöppels ist nur eine Folge von dieser Anziehung. Da sich der Klöppel zur Glocke bewegt, ertönt die Glocke, sobald der Klöppel gegen sie stößt. Allerdings ertönt die Glocke im geschlossenen Stromkreis bei dieser Klingelanlange nur einmal: Solange der Stromkreis geschlossen ist, ruht der Klöppel an der Glocke und schlägt nicht weiter gegen sie.

  $\implies$ Die Aussage „Solange der Stromkreis geschlossen ist, ertönt die Klingel.“ ist somit falsch.

• Beschreibe die Anwendung der magnetischen Wirkung des Stroms beim Elektromotor.

  Tipps

  Jeder stromdurchflossene Draht erzeugt ein (schwaches) Magnetfeld.

  Zuletzt resultiert der elektrische Strom in einer Bewegung.

  Lösung

  Die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms:
  Jeder stromdurchflossene Draht erzeugt ein (schwaches) Magnetfeld.
  Die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms kann dann in einem Elektromotor genutzt werden. Dieser erzeugt eine Bewegung. Wir kennen diese Nutzung des elektrischen Stroms beispielsweise bei E-Scootern. Hierbei wird also elektrische Energie in mechanische Bewegungsenergie umgewandelt.

  Die Umwandlung erfolgt somit zusammengefasst wie folgt:

  Elektrischer Strom fließt durch den Leiter.

  $\implies \quad$ Ein Magnetfeld um den Leiter wird erzeugt.

  $\implies \quad$ Der Elektromotor wird betrieben.

  $\implies \quad$ Eine Bewegung wird ausgelöst.

• Beschreibe, wie Wasserstoff als Zwischenspeicher für die von Solarzellen erzeugte elektrische Energie verwendet werden kann.

  Tipps

  Beginne mit der Solarzelle.

  Um eine Brennstoffzelle zu betreiben, wird Wasserstoff benötigt.

  Als letzter Schritt soll der elektrische Strom wieder verfügbar sein.

  Lösung

  Durch Solarzellen wird Lichtenergie in elektrische Energie, also elektrischen Strom, umgewandelt. Häufig wird die so gewonnene Energie aber nicht direkt gebraucht. Es wird daher ein Zwischenspeicher benötigt.

  Dazu wird die elektrische Energie der Solarzellen für die Elektrolyse von Wasser verwendet.

  Dabei entsteht Wasserstoff. Dieser kann gespeichert und auch transportiert werden.

  Später kann der Wasserstoff zur gewünschten Zeit wiederum eine Brennstoffzelle betreiben.
  Hier läuft der Prozess der Elektrolyse umgekehrt ab: Bei der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff wird erneut Energie frei.

  Diese erzeugt dann wieder elektrischen Strom, der somit bequem zur gewünschten Zeit und am gewünschten Ort zur Verfügung gestellt werden kann.