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Textaufgaben: Elektronenstrom und Energiestrom unterscheiden

Die Elektronen laufen immer im Kreis herum – die Energie nimmt dabei nur einen einzigen Weg.

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Fahrradkette und Stromkreis

AFB I–II

Beim Fahrrad treibt das Pedal über die Kette das Hinterrad an. Die Kette läuft dabei im Kreis und wird nicht weniger. Genauso kreisen im Stromkreis einer Taschenlampe die Elektronen, während die Batterie langsam leer wird.

  1. Geben Sie an, was im Stromkreis im Kreis läuft und was nur in eine Richtung übertragen wird.
  2. Erklären Sie, warum die Batterie leer wird, obwohl keine Elektronen verschwinden.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Übertragen Sie die Fahrradkette Stück für Stück auf den Stromkreis.Angeben verlangt nur die kurze Antwort ohne Erläuterung.
Hinweis zu Aufgabe b)
Unterscheiden Sie sauber zwischen dem, was transportiert wird, und dem, was transportiert.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Im Kreis laufen die Elektronen. Nur in eine Richtung übertragen wird die Energie: von der Quelle zum Gerät.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Die Elektronen sind nur die Träger; sie bleiben im Leiter und werden nicht verbraucht. Die Batterie gibt bei jedem Umlauf Energie ab, die im Lämpchen als Licht und Wärme an die Umgebung geht. Antwort: Leer wird der Energievorrat, nicht der Elektronenvorrat.

2

Zwei Messgeräte an der Fahrradlampe

AFB II–III

Im Physikraum wird ein Fahrradlämpchen geprüft. Ein Messgerät vor dem Lämpchen zeigt 0,3 A, ein zweites hinter dem Lämpchen ebenfalls 0,3 A. Das Kabel ist 0,8 m lang, das Lämpchen leuchtet 45 min lang. Ein Mitschüler sagt: „Hinter der Lampe fließt weniger Strom, weil Strom verbraucht wird.“

  1. Vergleichen Sie Elektronenstrom und Energiestrom nach Richtung und Verbrauch.
  2. Deuten Sie die beiden Messwerte mit dem Modell des Elektronenstroms.
  3. Widerlegen Sie die Aussage des Mitschülers.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Legen Sie zwei Kriterien fest: Richtung und die Frage, ob etwas weniger wird.Vergleichen verlangt Gemeinsamkeiten und Unterschiede nach festen Kriterien.
Hinweis zu Aufgabe b)
Fragen Sie sich, was die gleichen Anzeigen über die Zahl der Elektronen je Sekunde aussagen.
Hinweis zu Aufgabe c)
Ein Gegenbeispiel oder ein Messwert reicht zum Widerlegen. Kabellänge und Leuchtdauer werden nicht gebraucht.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Gemeinsam ist, dass beide nur im geschlossenen Kreis auftreten. Unterschied Richtung: Die Elektronen laufen im Kreis, die Energie fließt nur von der Quelle zum Gerät. Unterschied Verbrauch: Elektronen werden nicht weniger, die Energie wird im Gerät entwertet.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Beide Geräte zeigen 0,3 A, also fließt vor und hinter dem Lämpchen pro Sekunde gleich viel Ladung. Im Modell: Die Elektronen rücken im ganzen Kreis gleichzeitig weiter, keines geht im Lämpchen verloren. Antwort: Die Stromstärke ist im unverzweigten Kreis überall gleich groß.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Die Aussage widerspricht der Messung: Wäre Strom verbraucht worden, müsste das zweite Gerät weniger als 0,3 A anzeigen; es zeigt aber denselben Wert. Antwort: Verbraucht wird kein Strom – entwertet wird Energie.