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TextaufgabenElektrische Spannung

Zwei Sachaufgaben rund um Volt: die richtige Batterie für das Lämpchen und ein Blick auf die Spannungsangaben im Alltag.

1

Welche Batterie passt zum Lämpchen?

AFB I–II

Für die Modellstadt im Werkunterricht sollen Straßenlaternen leuchten. Auf jedem Lämpchen steht eine Spannungsangabe. Im Materialkasten liegen verschiedene Stromquellen (Material M1). Jonas probiert: Er schließt ein 3,5-V-Lämpchen an eine 9-V-Blockbatterie an. Es leuchtet kurz sehr hell und wird dann dunkel und bleibt es.

M1Der Materialkasten
StromquelleSpannung
AA-Batterie (Mignon)1,5 V
Flachbatterie4,5 V
Blockbatterie9 V
USB-Netzteil5 V
LämpchenAufdruck
Laterne A1,5 V
Laterne B3,5 V
Laterne C4,5 V

Werden mehrere AA-Batterien hintereinandergelegt, addieren sich ihre Spannungen.

  1. Erkläre, was Jonas mit seinem 3,5-V-Lämpchen an der 9-V-Batterie beobachtet hat.
  2. Ordne jeder Laterne eine passende Stromquelle aus M1 zu. Berechne dabei, wie viele AA-Batterien man für Laterne C hintereinanderlegen muss.
  3. Ein Mitschüler schließt Laterne C an eine einzelne AA-Batterie an und meldet: „Kaputt, die leuchtet nicht.“ Überprüfe diese Aussage.
Tipp zu Aufgabe a)
Der Aufdruck sagt, für welche Spannung das Lämpchen gebaut ist. Was passiert mit dem dünnen Glühfaden, wenn der Strom viel zu stark „drückt“?
Tipp zu Aufgabe b)
Suche zu jedem Aufdruck die Quelle mit möglichst genau derselben Zahl. Für 4,5 V rechne: Wie oft passt 1,5 V hinein?
Tipp zu Aufgabe c)
Vergleiche 1,5 V mit 4,5 V. Ist zu wenig Spannung dasselbe wie ein Defekt?„Überprüfe“ heißt: die Aussage an den Angaben messen und das Ergebnis formulieren.
Lösung zu Aufgabe a)

Die 9 V sind für ein 3,5-V-Lämpchen viel zu viel. Es fließt ein viel zu starker Strom, der Glühfaden wird deutlich heißer als vorgesehen — daher leuchtet die Lampe zunächst sehr hell.

Nach kurzer Zeit schmilzt der dünne Draht und reißt: Das Lämpchen ist durchgebrannt und bleibt dunkel. Der Stromkreis ist an dieser Stelle dauerhaft unterbrochen.

Lösung zu Aufgabe b)

Laterne A (1,5 V) → eine AA-Batterie mit 1,5 V.

Laterne B (3,5 V) → keine Quelle passt genau; am nächsten liegt die Flachbatterie mit 4,5 V, besser wären zwei AA-Batterien (3,0 V), weil zu wenig Spannung ungefährlich ist, zu viel dagegen das Lämpchen zerstört.

Laterne C (4,5 V) → die Flachbatterie mit 4,5 V, oder drei AA-Batterien hintereinander: 3 · 1,5 V = 4,5 V.

Lösung zu Aufgabe c)

Die Aussage ist voreilig. Laterne C braucht 4,5 V, die einzelne AA-Batterie liefert nur 1,5 V — also nur ein Drittel. Die Spannung reicht nicht aus, um den Glühfaden zum Glühen zu bringen; die Lampe bleibt dunkel oder glimmt allenfalls ganz schwach.

Das ist aber kein Defekt: Zu wenig Spannung schadet dem Lämpchen nicht. Zum Prüfen legt man drei AA-Batterien hintereinander oder nimmt die Flachbatterie — dann leuchtet Laterne C normal, sofern der Glühfaden heil ist.

2

Zahlen mit V im Alltag

AFB II–III

Auf dem Schulweg begegnen Nele Geräte und Anlagen mit ganz unterschiedlichen Spannungen (Material M2). In der Pause sagt ein Mitschüler: „Eine 9-V-Batterie spürt man an der Zunge kaum. 230 V sind auch nur eine Zahl — so schlimm kann das nicht sein.“

M2Spannungen auf dem Schulweg
1,5 V9 V12 V230 V15 000 VFernbedienungRauchmelderAutobatterieSteckdoseBahn-Oberleitungungefährlich zum Anfassenlebensgefährlich

Ab etwa 50 V wird es für den Menschen gefährlich. Die Skala ist nicht maßstäblich.

  1. Lies aus M2 ab, welche Spannungen als ungefährlich gelten, und nenne je ein Gerät dazu.
  2. Vergleiche die Spannung der Steckdose mit der einer AA-Batterie: Um das Wievielfache ist sie größer?
  3. Nimm Stellung zur Aussage des Mitschülers.
Tipp zu Aufgabe a)
Die farbigen Balken unter dem Zahlenstrahl teilen die Werte in zwei Bereiche.
Tipp zu Aufgabe b)
Teile die größere Zahl durch die kleinere: 230 geteilt durch 1,5.
Tipp zu Aufgabe c)
Denke daran, wovon es abhängt, ob Strom durch den Körper fließt — und was nasse Haut daran ändert.„Nimm Stellung“ heißt: eine eigene Position beziehen und sie mit Argumenten stützen.
Lösung zu Aufgabe a)

Als ungefährlich gelten die Werte bis etwa 50 V, im Material also 1,5 V, 9 V und 12 V — zum Beispiel die Fernbedienung (1,5 V), der Rauchmelder (9 V) und die Autobatterie (12 V).

Gefährlich sind 230 V an der Steckdose und 15 000 V an der Bahn-Oberleitung.

Lösung zu Aufgabe b)

230 V : 1,5 V ≈ 153

Die Steckdosenspannung ist also rund 150-mal so groß wie die einer AA-Batterie. Mit 1,5 V vergleichbar ist sie damit nicht — es handelt sich um eine völlig andere Größenordnung.

Lösung zu Aufgabe c)

Der Aussage ist entschieden zu widersprechen. Richtig ist nur die Beobachtung: Bei 9 V spürt man an der feuchten Zunge ein leichtes Kribbeln, mehr passiert nicht.

Falsch ist der Schluss daraus. Die Spannung sagt, wie stark der Strom „drückt“. Bei rund 150-fach höherer Spannung wird die Haut überwunden, und es fließt ein Strom durch den Körper, der Herz und Atemmuskeln stört und Verbrennungen verursacht. Nasse Haut senkt die Schwelle zusätzlich.

Deshalb gilt: An der Steckdose wird nicht gebastelt, defekte Geräte repariert nur Fachpersonal. Die Zahl auf dem Typenschild ist keine Nebensache, sondern eine Warnung.