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Textaufgaben: Stromkreise als Energieüberträger

Ein Stromkreis liefert keine Elektronen ins Gerät hinein – er liefert dorthin nur die Energie.

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Taschenlampe im Zelt

AFB I–II

Beim Zelten leuchtet eine Taschenlampe. In ihr stecken eine Batterie, zwei Metallstreifen als Leitungen, ein Schalter und ein Lämpchen. Öffnet man den Schalter, wird es sofort dunkel.

  1. Nennen Sie die Bauteile, die ein Stromkreis braucht, damit er Energie überträgt.
  2. Beschreiben Sie den Weg der Energie von der Batterie bis in die Umgebung.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Gehen Sie den geschlossenen Kreis in der Taschenlampe im Kopf einmal ab.Nennen verlangt nur die Aufzählung, keine Erklärung.
Hinweis zu Aufgabe b)
Halten Sie fest, wo die Energie herkommt, worüber sie läuft und wo sie ihre Form ändert.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Energiequelle (Batterie), Hinleitung, Gerät (Lämpchen), Rückleitung; dazu der Schalter. Der Kreis muss geschlossen sein. Antwort: Fehlt eines dieser Teile, wird keine Energie übertragen.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Die Batterie gibt Energie ab, die Leitungen übertragen sie zum Lämpchen, das Lämpchen gibt sie als Licht und Wärme an die Umgebung weiter: Quelle → Leitung → Gerät → Umgebung. Antwort: Die Leitungen sind nur der Weg, die Quelle ist die Batterie.

2

Campinglampe am Akku

AFB II–III

Eine Campinglampe hängt an einem Akku mit einem Energievorrat von 18 000 J. Das Lämpchen gibt je Sekunde 3 J als Licht und Wärme ab. Das Anschlusskabel ist 1,2 m lang, die Lampe wiegt 240 g und hängt in 2 m Höhe. Ein Schüler behauptet, der Akku werde leer, weil das lange Kabel die Energie speichere und abgebe.

  1. Erläutern Sie, welche Aufgabe das Kabel bei der Energieübertragung hat.
  2. Berechnen Sie, wie lange die Lampe mit dem vollen Akku leuchten kann.
  3. Beurteilen Sie die Behauptung des Schülers.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Fragen Sie sich, ob im Kabel Energie entsteht oder ob sie dort nur weitergereicht wird.Erläutern verlangt, den Zusammenhang an einem Beispiel verständlich zu machen.
Hinweis zu Aufgabe b)
Die Angabe 3 J je Sekunde sagt, wie viel Energie pro Sekunde abgegeben wird.
Hinweis zu Aufgabe c)
Prüfen Sie die Behauptung an der Energiekette Quelle → Leitung → Gerät → Umgebung. Nicht alle Angaben werden gebraucht.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Das Kabel überträgt die Energie vom Akku zum Lämpchen, es erzeugt und speichert sie nicht. Beispiel: Auch mit einem doppelt so langen Kabel leuchtet die Lampe gleich hell. Antwort: Das Kabel ist der Weg, der Akku ist die Quelle.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Ansatz: t = E geteilt durch die je Sekunde abgegebene Energie. t = 18 000 J : 3 J je s = 6000 s = 100 min. Antwort: Die Lampe leuchtet rund 100 min, also 1 h 40 min.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Kriterien: Wo ist die Quelle, wo wird die Energie entwertet? Der Akku ist die Quelle, entwertet wird die Energie im Lämpchen als Licht und Wärme; das Kabel speichert nichts. Antwort: Die Behauptung ist falsch – leer wird der Energievorrat des Akkus, nicht das Kabel.