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Physik, 9 Elektrik I: Die Spannung - ein biologischer Vergleich
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Übersicht

Elektrische Spannung - ein einfaches Modell aus der Biologie

Hier wird ein einfaches Modell für den Energietransport im elektrischen Stromkreis vorgestellt,
das aber sehr leicht verständlich ist.

 

Die Grundidee des Vergleichs

©  Landesbildungsserver Baden-Württemberg.

Transport von Nektar. Transport elektrischer Energie
bulletAuf der Wiese sammeln Bienen Nektar.
bulletSie transportieren den Nektar zum Bienenstock.
bulletDort geben sie den Nektar ab.
bulletSie fliegen zur Wiese zurück um neuen Nektar zu holen.
bulletAn der Quelle erhalten Elektronen Energie.
bulletSie transportieren diese Energie z.B. zu einer Lampe.
bulletDort wird die Energie in Licht und Wärme umgewandelt.
bulletDie Elektronen kehren im Stromkreis
zur Quelle zurück.
Jede Biene transportiert gleich viel Honig. Jedes Elektron transportiert gleich viel Energie.

Offenbar entsprechen sich im Modell und im Original folgende Elemente:

Wiese - Quelle

Biene - Elektron

Nektar - elektrische Energie

Bienenstock - elektrisches Gerät (z.B. Lampe)
Von der gleichen Wiese soll nun die doppelte Menge Nektar zum Bienenstock geschafft werden.

Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:

bulletEs kommen immer noch gleich viele Bienen je Minute am Bienenstock an.
-> Dann müssen sie doppelt so lange fliegen. (t verdoppelt)
bulletMan läst die Zeit t unverändert, jedoch müssen nun doppelt so viele Bienen je Minute am Bienenstock ankommen. (Es sind doppelt so viele Bienen, oder jede Biene fliegt in der Zeit zweimal.)
 Von der gleichen Quelle soll nun die doppelte Menge elektrischer Energie zum Gerät transportiert werden.

Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:

bulletEs kommen gleich viele Elektronen je Sekunde an der Lampe an, die Stromstärke I bleibt gleich.
-> Man muss den Strom doppelt so lange fließen lassen.( t verdoppelt)
bulletMan lässt die Zeit t unverändert, jedoch wird nun die Stromstärke I (Zahl der Elektronen je Sekunde) verdoppelt.
(z.B. durch Parallelschalten einer zweiten gleichen Lampe)
Bei gleicher Wiese gilt:

Für die doppelte Nektarmenge ist die doppelte Zahl an "Bienenflügen" nötig. (Es müssen doppelt so viele Bienen am Bienenstock ankommen.)

 Bei unveränderter Quelle gilt:

Für die doppelte Menge an elektrischer Energie W muß die doppelte Zahl an Elektonen (doppelte Ladungsmenge) das Gerät passieren.

Es kommt auf die geflossene Ladungsmenge Q = I * t an.
Ist die Wiese doppelt so ergiebig, so können die Bienen je Flug nun doppelt so viel Nektar transportieren. (Eimer voll!) Ist die Quelle doppelt so "kräftig", so kann sie jedem Elektron bei jedem Umlauf doppelt so viel elektrische Energie mitgeben.
Dann kommt bei der gleichen Zahl an Bienenflügen, doppelt so viel Nektar am Bienenstock an. Dann kommt bei gleicher Zahl ankommender Elektronen (gleicher Ladungsmenge Q) doppelte Energiemenge am Gerät an.
Der Quotient "gelieferte Nektarmenge / Zahl der Bienenflüge" ist also ein Maß für die Ergiebigkeit der Wiese. Der Quotient "gelieferte Energiemenge W / Ladungsmenge Q " ist also ein Maß für die Stärke oder Spannung der Quelle.

Man nennt den Quotienten U = W / Q die Spannung der Quelle.

Einheit : 1 Joule / 1Coulomb = 1 J / C = 1 Volt = 1 V 

Die Angabe : "diese Quelle hat eine Spannung von 4 Volt" bedeutet also:
- die Quelle kann jedem Coulomb geflossener Ladung 4 Joule Energie mitgeben.

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letzte Änderung: 21.7.2004