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Textaufgaben: Stromstärke in unverzweigten Stromkreisen messen

Fließt hinter dem Lämpchen wirklich weniger Strom als davor – oder täuscht das nur?

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Amperemeter richtig einsetzen

AFB I–II

In einem unverzweigten Stromkreis aus Batterie, Schalter und Lämpchen wird die Stromstärke gemessen. Das Amperemeter zeigt vor dem Lämpchen I = 0,3 A an.

  1. Nennen Sie, wie das Amperemeter eingebaut wird und welcher Messbereich zuerst gewählt wird.
  2. Bestimmen Sie die Ladung Q, die in t = 60 s durch das Lämpchen fließt.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Der Strom muss durch das Messgerät hindurch.Nennen heißt: die Punkte aufzählen, ohne sie zu erklären.
Hinweis zu Aufgabe b)
I = Q/t nach Q umstellen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Das Amperemeter wird in Reihe in den Stromkreis eingebaut. Zuerst wird der größte Messbereich gewählt und danach verkleinert. Antwort: Reihenschaltung, Messbereich von groß nach klein.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Ansatz: I = Q/t → Q = I · t. Rechnung: Q = 0,3 A · 60 s = 18 C. Antwort: In 60 s fließen 18 C durch das Lämpchen.

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Lenas Messreihe

AFB II–III

Lena misst in demselben unverzweigten Stromkreis an drei Stellen: zwischen Batterie und Lämpchen I = 0,32 A, hinter dem Lämpchen I = 0,30 A, zwischen Schalter und Batterie I = 0,31 A. Sie schreibt auf: „Das Lämpchen verbraucht Strom, deshalb ist der Wert dahinter kleiner.“

  1. Erklären Sie, warum die Stromstärke im unverzweigten Stromkreis an jeder Stelle gleich groß ist.
  2. Überprüfen Sie die drei Messwerte auf ihre Aussagekraft.
  3. Widerlegen Sie Lenas Satz.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Denken Sie daran, was übertragen wird und was im Kreis herumläuft.Erklären verlangt den Rückgriff auf die Gesetzmäßigkeit, nicht nur die Feststellung.
Hinweis zu Aufgabe b)
Mittelwert bilden und die Abweichungen mit der Ablesegenauigkeit vergleichen.
Hinweis zu Aufgabe c)
Ein Gegenargument genügt, wenn es die Ursache benennt.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Der Kreis hat nur einen Weg: Pro Sekunde fließt an jeder Stelle gleich viel Ladung, weil nirgends Ladung entsteht oder verschwindet. Die Elektronen laufen im Kreis und werden nicht verbraucht; übertragen wird Energie. Antwort: I ist an jeder Stelle gleich groß.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Mittelwert: (0,32 A + 0,30 A + 0,31 A) : 3 = 0,31 A. Die Abweichungen betragen höchstens 0,01 A bis 0,02 A und liegen in der Messungenauigkeit. Antwort: Die Werte stimmen im Rahmen der Genauigkeit überein, ein Unterschied ist nicht nachweisbar.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Gegenargument: Wäre Strom verbraucht worden, müsste der Wert hinter dem Lämpchen deutlich und immer kleiner sein – gemessen wurde aber einmal 0,30 A hinter und 0,31 A vor dem Schalter, also kein Trend. Verbraucht wird nichts; das Lämpchen gibt die übertragene Energie als Licht und Wärme ab. Antwort: Lenas Satz ist falsch.