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 Storms nutzen, sind Heizspiralen verbaut. Heizspiralen sind dicke Drähte, die sich durch den hindurchfließenden Strom stark aufheizen.

  Lösung

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

  Die Wärmewirkung:
  In elektrischen Geräten, die die Wärmewirkung des elektrischen Stroms nutzen, sind Heizspiralen verbaut. Heizspiralen sind dicke Drähte, die sich durch den hindurchfließenden Strom stark aufheizen. Dies 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 Storm letztendlich zu Bewegung führt wird auch in Elektromotoren genutzt.

  Die chemische Wirkung:
  Bei der sogenannten Elektrolyse wird mit Hilfe 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. Hierbei 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 Bereich unterteilen:

  • Die Wärmewirkung:

  In elektrischen Geräten, die die Wärmewirkung des elektrischen Storms nutzen, wie z. B. Wasserkochern, sind Heizspiralen verbaut. Heizspiralen sind dicke Drähte, die sich durch den hindurchfließenden Strom stark aufheizen. Dies liegt daran, dass die elektrisch geladenen Teilchen, die den Strom ausmachen, in Bewegung sind und sowohl untereinander, als auch mit den fest sitzenden Atomen im Draht wechselwirken. Dadurch entsteht Wärme, welche an die Umgebung der Heizspirale abgegeben wird.

  • Die Lichtwirkung:

  Auch die Lichtwirkung, welche beispielsweise 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. Dies wird beispielsweise in Lautsprechern genutzt.

  • Die chemische Wirkung:

  Mit der Energie des elektrischen Stroms können Stoffe zersetzt oder umgewandelt werden. Bei der sogenannten Elektrolyse beispielsweise wird mit Hilfe 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 der Föhn die Wirkung des elektrischen Stroms ausnutzt.

  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 dieser vom elektrischen Strom durchflossen, erwärmt er sich. Dies 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. Neben dem Heizdraht besitzt ein Föhn auch ein Gebläse. Diese 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 zwischen vier verschiedenen Wirkungen des elektrischen Stroms:

  • Wärmewirkung
  • Lichtwirkung
  • magnetische Wirkung
  • Lichtwirkung

  Jeder stromdurchflossene Draht erzeugt ein (schwaches) Magnetfeld.

  Es ist nur eine einzige Aussage richtig.

  Lösung

  Wir unterscheiden zwischen vier verschiedenen Wirkungen des elektrischen Stroms:

  • Wärmewirkung
  • Lichtwirkung
  • magnetische Wirkung
  • Lichtwirkung

  
  

  Die elektrische Klingel nutzt 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, eine Metallelement über der Spule, welches mit dem Klöppel verbunden ist, und die Glocke. Wird der Schalter geschlossen, so 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, so 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 jedoch falsch.

  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 bei geschlossenem Stromkreis bei dieser Klingelanlange nur einmal. Solange der Stromkreis geschlossen ist, ruht der Klöppel dann an der Glocke und schlägt nicht weiter gegen ihn.

  $\implies$ 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 dann 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 also zusammengefasst wie folgt:

  Elektrischer Strom fließt durch den Leiter.

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

  $\implies \quad$ Elektromotor wird betrieben.

  $\implies \quad$ Bewegung wird erzeugt.

• 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 letzten 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 benötigt. Es wird daher ein Zwischenspeicher benötigt.

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

  Dabei entsteht Wasserstoff. Wasserstoff 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 von dem Wasserstoff mit Sauerstoff wird wieder Energie frei.

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