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Spannung

Zehn Aufgaben von AFB I bis III: U = E / Q deuten, mit Joule und Coulomb rechnen, das Voltmeter parallel anschließen, typische Spannungswerte einordnen und Spannung von Stromstärke unterscheiden.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Was sagt die Spannung aus?
AFB I

Frage: Welche Aussagen über die Spannung und ihre Messung stimmen?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Fließen kann nur Ladung — die Spannung liegt zwischen zwei Punkten an, sie ist ein Unterschied und wandert nicht mit. Eine Batterie hat ihre Spannung auch bei offenem Schalter, dann fließt eben kein Strom. Und für die Spannung ist das Voltmeter zuständig, parallel zum Bauteil angeschlossen.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen zur Spannung.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Merksatz: Die Spannung sagt, wie viel Energie jedes Coulomb mitbringt. Die beiden falschen Aussagen sind die häufigsten Fehlvorstellungen: Spannung als etwas Fließendes und das Voltmeter im falschen Anschluss.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Die Spannung gibt an, wie viel pro umgewandelt werden kann. Fließt 1 C und wird dabei genau 1 umgewandelt, dann beträgt die Spannung 1 . Gemessen wird die Spannung mit einem Voltmeter, das man zum Bauteil anschließt.

Reihe bleibt übrig: In Reihe wird nur das Amperemeter eingebaut, weil der Strom durch es hindurchfließen muss. Das Voltmeter darf den Kreis nicht auftrennen — es liegt daneben.
A4
Spannung, Stromstärke oder Ladung?
AFB I

Sortiere die Karten der Größe zu, um die es jeweils geht.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Spannung U
2Stromstärke I
3Ladung Q
Unterscheidungsmerkmal: U ist Energie pro Ladung, I ist Ladung pro Zeit — beide sind Verhältnisse, aber mit verschiedenen Nennern. Q selbst ist keine Verhältnisgröße. Wer sich die Einheiten V, A und C dazu merkt, verwechselt die drei nicht mehr.
A5
Blitzrechnung
AFB I

Beim Transport von 3 C Ladung durch eine Lampe werden 13,5 J Energie umgewandelt. Wie groß ist die Spannung an der Lampe?

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
U = E / Q = 13,5 J geteilt durch 3 C = 4,5 V. Kopfrechen-Trick: 13,5 dritteln, also erst 12 dritteln (4) und dann 1,5 dritteln (0,5). Wer multipliziert, erhält 40,5 V — bei einer Lampe im Physikraum ein unrealistischer Wert.
A6
Eine Spannung messen
AFB II

Bringe die Arbeitsschritte einer Spannungsmessung in die richtige Reihenfolge.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Die Schaltung aufbauen und den Schalter zunächst geöffnet lassen
2Das Bauteil auswählen, dessen Spannung gemessen werden soll
3Am Voltmeter einen Messbereich wählen, der über der erwarteten Spannung liegt
4Das Voltmeter mit zwei Kabeln parallel an die beiden Anschlüsse dieses Bauteils legen
5Den Schalter schließen und den Wert mit der Einheit V ablesen
Am häufigsten verrutscht der dritte Schritt: Der Messbereich wird gewählt, bevor Spannung anliegt. Wichtig ist außerdem, dass die Schaltung selbst unverändert bleibt — anders als beim Amperemeter wird für das Voltmeter nichts aufgetrennt.
A7
Rechenkette
AFB II

An einer Lampe liegt eine Spannung von 6,0 V. Rechne mit U = E / Q und der Umstellung E = U · Q.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Wie viel Energie wird umgewandelt, wenn 2 C durch die Lampe fließen (in J)? J
  2. Wie viel Energie wird umgewandelt, wenn 5 C durch die Lampe fließen (in J)? J
  3. Wie viel Ladung muss fließen, damit 48 J umgewandelt werden (in C)? C
  4. Transfer: Dieselben 2 C fließen nun durch eine Lampe an 12,0 V. Wie viel Energie wird dabei umgewandelt (in J)? J
Die Kette zeigt: Die Spannung ist der Umrechnungsfaktor zwischen Ladung und Energie. Bei festem U wächst E mit Q, und bei fester Ladung wächst E mit U — deshalb bringt die doppelte Spannung in der letzten Zeile die doppelte Energie. Achte auf die Einheiten: V mal C ergibt J.
A8
Typische Spannungswerte
AFB II

Ordne jeder Quelle die Spannung zu, die sie liefert.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Denktrick: Der Wert steht als Angabe auf jeder Batterie — eine einzelne Zelle bringt 1,5 V, eine Flachbatterie 4,5 V. Die 230 V der Steckdose fallen aus der Reihe: Sie kommen nicht aus Zellen und sind lebensgefährlich.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Zeile 2 ist der häufigste Fehler in Klassenarbeiten — die Formulierung, Spannung fließe. Zeile 6 verrät sich über die Einheit: Joule geteilt durch Coulomb ergibt Volt, Joule mal Coulomb ergibt keine sinnvolle Einheit.
A10
Wie viel Energie wird umgewandelt?
AFB III

An einer Lampe liegen 6,0 V; es fließen 2 C, dabei werden 12 J umgewandelt. Schätze für jede Veränderung ein, wie groß die umgewandelte Energie danach im Vergleich zu 12 J ist — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = viel kleiner, 2 = kleiner, 3 = gleich groß, 4 = größer, 5 = viel größer. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = viel kleiner5 = viel größer
Es fließt die doppelte Ladung, die Spannung bleibt 6,0 V
Die Spannung wird auf 3,0 V halbiert, es fließen weiter 2 C
Statt der Lampe hängt ein Summer an denselben 6,0 V, es fließen dieselben 2 C
Dieselben 2 C fließen an einer Spannung von 230 V
Der Schalter bleibt offen, es fließt keine Ladung
Alles folgt aus E = U · Q: Verdoppelt sich einer der beiden Faktoren, verdoppelt sich die Energie; wird einer halbiert, halbiert sie sich. Beim Summer bleiben beide Faktoren gleich, also bleibt die Energie gleich — welche Energieform daraus wird, spielt für die Rechnung keine Rolle. Bei offenem Schalter liegt die Spannung weiter an, aber ohne Ladung wird keine Energie umgewandelt: 0 J.