Übung AFB III

Musterlösung: Die Aussage ist falsch. Die Elektronen laufen im geschlossenen Kreis herum und werden dabei nicht weniger – vor und hinter der Lampe fließen gleich viele. Verbraucht wird nichts: Die Batterie überträgt Energie zur Lampe, und die Lampe gibt sie als Licht und Wärme an die Umgebung ab. Richtig muss es heißen, dass Energie übertragen und entwertet wird.

Musterlösung: Die Elektronen laufen im Leiter im Kreis und werden nicht weniger; sie wandern dabei sehr langsam, etwa 0,1 mm pro Sekunde. Die Energie dagegen fließt nur in eine Richtung, von der Quelle zum Gerät, und wird dort an die Umgebung abgegeben. Genau wie bei der Fahrradkette: Die Kette läuft im Kreis, übertragen wird die Energie vom Pedal zum Hinterrad. Beides braucht den geschlossenen Kreis, ist aber nicht dasselbe.

Musterlösung: Im Draht sind überall schon frei bewegliche Elektronen vorhanden, auch direkt im Glühdraht der Lampe. Beim Einschalten setzen sich alle Elektronen im ganzen Kreis praktisch gleichzeitig in Bewegung, denn das Signal breitet sich fast mit Lichtgeschwindigkeit aus. Kein Elektron muss also erst von der Batterie zur Lampe wandern. Wie beim vollen Gartenschlauch kommt sofort vorn etwas heraus, obwohl das Wasser selbst langsam fließt.

Musterlösung: Der Stromkreis ist unverzweigt, es gibt also nur einen einzigen Weg. Elektronen können weder verschwinden noch sich anhäufen, deshalb fließt an jeder Stelle pro Sekunde gleich viel Ladung durch. Wegen I = Q/t ist die Stromstärke damit überall gleich groß, vor und hinter der Lampe je 0,3 A. Was die Lampe abgibt, ist Energie – und Energie ist nicht die Stromstärke.

Musterlösung: Ein Knoten ist nur ein Verbindungspunkt; dort kann sich keine Ladung ansammeln. Was in einer Sekunde hineinfließt, muss in derselben Sekunde auch wieder heraus: Q_ges = Q₁ + Q₂. Teilt man beide Seiten durch die Zeit t, steht wegen I = Q/t genau I_ges = I₁ + I₂ da. Bei I₁ = 0,5 A und I₂ = 0,3 A ergibt das I_ges = 0,8 A.

Musterlösung: Die Ballons sind gleichnamig geladen, denn gleichnamige Ladungen stoßen sich ab. Das passt zur Behandlung: Beide wurden am selben Pullover gerieben und haben dabei Elektronen aufgenommen, sind also beide negativ geladen. Erzeugt wurde dabei nichts, die Elektronen wurden nur vom Pullover auf die Ballons verschoben. Der Pullover bleibt deshalb positiv geladen zurück.

Musterlösung: Lenas Vorgehen ist falsch. Ein Amperemeter zählt die Ladung, die pro Sekunde durch das Gerät selbst hindurchfließt, deshalb muss es in Reihe in den Kreis eingebaut werden. Parallel angeschlossen liegt es neben der Lampe und misst nicht den Strom durch sie. Richtig wäre: den Stromkreis an einer Stelle auftrennen, das Amperemeter dort einsetzen und den Messbereich zuerst groß wählen.

Musterlösung: Die Aussage ist doppelt falsch. Watt ist die Einheit der Leistung, und in 1 W = 1 J/s steckt das „pro Sekunde“ schon drin – „Watt pro Stunde“ teilt also zweimal durch die Zeit. Richtig ist: Der Föhn hat die Leistung P = 1600 W. In einer Stunde überträgt er E = P · t = 1600 W · 3600 s = 5 760 000 J, das sind 1,6 kWh.

Musterlösung: Der Wert 0,52 A weicht deutlich von seinen Nachbarn ab und ist ein Ausreißer, vermutlich ein Ablese- oder Aufbaufehler. Nimmt man ihn mit, ergibt sich der Mittelwert 1,72 A : 5 = 0,344 A; ohne ihn 1,20 A : 4 = 0,30 A. Ein einzelner Fehlwert verschiebt das Ergebnis also spürbar. Richtig ist, den Ausreißer nicht einfach zu streichen, sondern die Messung zu wiederholen und das Vorgehen zu notieren.

Musterlösung: Die LED spart 60 W − 8 W = 52 W bei gleicher Helligkeit. In den täglichen 3 Stunden sind das 52 W · 3 h = 156 Wh = 0,156 kWh, im Jahr also 365 · 0,156 kWh = 56,94 kWh. Bei 0,35 € je kWh spart man rund 19,93 € pro Jahr, dazu hält die LED deutlich länger. Der Tausch lohnt sich daher, weil der Anschaffungspreis schon im ersten Jahr wieder hereinkommt.