Elektrostatik und elektrische Stromkreise

Electrostatics and Electric Circuits

Natur und Technik Klasse 7 18 Aufgaben
PhysikElektrizität

Ein geriebener Luftballon klebt an der Wand — und dieselbe Ladung, in Bewegung, ist elektrischer Strom. Die Kinder deuten Reibungselektrizität mit dem Kern-Hülle-Modell (Elektronen wandern), bauen geschlossene Stromkreise mit Schalter und Lampe und unterscheiden die Wirkungen des Stroms (Wärme, Licht, Magnetfeld). Das Topic setzt beim stärksten dokumentierten Missverständnis an: Strom werde in der Lampe „verbraucht", vorher fließe mehr als nachher (Shipstone 1984). Im geschlossenen Kreis fließen die Ladungen ringsum, verbraucht wird nur Energie. Bereitet `physik.grade8.elektrischer-stromkreis` und das Ohmsche Gesetz vor.

Voraussetzungen (1)

Energie und Energieumwandlung
Klasse 5
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Leicht
Multiple Choice #1 25s ▶ Testen

Was passiert, wenn man einen Luftballon an den Haaren reibt?

  • ○ Der Ballon wird schwerer.
  • ● Durch Reibung werden Elektronen übertragen und der Ballon wird elektrisch geladen.
  • ○ Der Ballon wird magnetisch.
  • ○ Der Ballon wird wärmer und sonst nichts.
Durch Reibungselektrizität werden Elektronen von den Haaren auf den Ballon übertragen. Der Ballon wird negativ geladen, die Haare positiv. Deshalb kann der Ballon danach kleine Papierschnipsel anziehen.
Multiple Choice #2 15s ▶ Testen

Welche zwei Arten elektrischer Ladungen gibt es?

  • ○ Nord und Süd
  • ● Positiv und negativ
  • ○ Stark und schwach
  • ○ Rot und blau
Es gibt positive (+) und negative (−) Ladungen. Gleiche Ladungen stoßen sich ab, ungleiche ziehen sich an.
Wahr / Falsch #3 15s ▶ Testen

Gleiche elektrische Ladungen ziehen sich an.

✓ Falsch
Falsch! Gleiche Ladungen (+ und + oder − und −) stoßen sich ab. Nur ungleiche Ladungen (+ und −) ziehen sich an.
Lückentext #4 15s ▶ Testen

Im Atomkern befinden sich positiv geladene Teilchen, die ___ heißen.

✓ Antwort: Protonen
Protonen sind positiv geladen und sitzen im Atomkern. Zusammen mit den neutralen Neutronen bilden sie den Kern. In der Hülle befinden sich die negativ geladenen Elektronen.
Lückentext #5 15s ▶ Testen

Die negativ geladenen Teilchen in der Atomhülle heißen ___.

✓ Antwort: Elektronen
Elektronen sind negativ geladen und bewegen sich in der Atomhülle um den Kern. Sie sind viel leichter als Protonen und können bei Reibung von einem Körper auf einen anderen übertragen werden.
Multiple Choice #6 25s ▶ Testen

Was braucht man mindestens für einen funktionierenden Stromkreis?

  • ○ Nur eine Batterie
  • ● Eine Spannungsquelle, einen Verbraucher und Leitungen, die einen geschlossenen Kreislauf bilden
  • ○ Nur einen Schalter
  • ○ Zwei Batterien
Ein einfacher Stromkreis besteht aus einer Spannungsquelle (z. B. Batterie), einem Verbraucher (z. B. Lampe) und Leitungen. Entscheidend: Der Kreis muss geschlossen sein, sonst fließt kein Strom.
Wahr / Falsch #7 15s ▶ Testen

In einem offenen (unterbrochenen) Stromkreis fließt kein Strom.

✓ Wahr
Richtig! Nur in einem geschlossenen Stromkreis können die Ladungen fließen. Wird der Kreis unterbrochen (z. B. durch einen offenen Schalter), stoppt der Stromfluss.
Wahr / Falsch #8 15s ▶ Testen

Die Wärmewirkung des elektrischen Stroms wird z. B. im Toaster genutzt.

✓ Wahr
Richtig! Im Toaster fließt Strom durch einen Heizdraht mit hohem Widerstand. Dabei wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt — die Wärmewirkung des Stroms.
Multiple Choice #9 20s ▶ Testen

Welche Sicherheitsregel gilt beim Experimentieren mit elektrischen Schaltungen?

  • ○ Man darf nur nachts experimentieren.
  • ● Nie mit Steckdosenspannung (230 V) experimentieren; nur Niederspannung (z. B. Batterien) verwenden.
  • ○ Man braucht keine Sicherheitsregeln.
  • ○ Nur Lehrer dürfen Schaltungen aufbauen.
Steckdosenspannung (230 V) ist lebensgefährlich! Schülerexperimente werden mit ungefährlicher Niederspannung (z. B. 4,5 V Batterien) durchgeführt.
Mittel
Multiple Choice #1 25s ▶ Testen

Was besagt das Kern-Hülle-Modell des Atoms?

  • ○ Atome sind massive Kugeln ohne innere Struktur.
  • ● Atome bestehen aus einem positiv geladenen Kern und einer Hülle aus negativ geladenen Elektronen.
  • ○ Atome bestehen nur aus Protonen.
  • ○ Atome haben keinen Kern.
Im Kern-Hülle-Modell enthält der Atomkern positiv geladene Protonen (und neutrale Neutronen). In der Hülle bewegen sich negativ geladene Elektronen. Im neutralen Atom ist die Anzahl von Protonen und Elektronen gleich.
Multiple Choice #2 25s ▶ Testen

Was versteht man unter elektrischem Strom?

  • ○ Das Leuchten einer Glühbirne
  • ● Die gezielte Bewegung von elektrischen Ladungen (Elektronen) in einem Leiter
  • ○ Das Magnetfeld um einen Draht
  • ○ Die Spannung einer Batterie
Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern. In Metallen sind es Elektronen, die sich durch den Leiter bewegen.
Multiple Choice #3 25s ▶ Testen

Welche Wirkungen hat elektrischer Strom?

  • ○ Nur Wärme
  • ● Leucht-, Wärme- und magnetische Wirkung
  • ○ Nur Licht
  • ○ Keine messbaren Wirkungen
Elektrischer Strom hat drei wichtige Wirkungen: Leuchtwirkung (Lampe), Wärmewirkung (Heizdraht, Toaster) und magnetische Wirkung (Elektromagnet). An diesen Wirkungen erkennt man, dass Strom fließt.
Lückentext #4 20s ▶ Testen

Wenn Strom durch einen Draht fließt, entsteht um den Draht ein ___.

✓ Antwort: Magnetfeld
Jeder stromdurchflossene Leiter erzeugt ein Magnetfeld um sich herum. Das ist die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms. Darauf beruhen Elektromagnete und Elektromotoren.
Multiple Choice #5 25s ▶ Testen

Was ist ein Wechselschalter?

  • ○ Ein Schalter, der den Strom stärker macht
  • ● Ein Schalter, der den Strom zwischen zwei verschiedenen Leitungen umschalten kann
  • ○ Ein Schalter, der nur bei Wechselstrom funktioniert
  • ○ Ein kaputter Schalter
Ein Wechselschalter leitet den Strom wahlweise über den einen oder den anderen Ausgang. Mit zwei Wechselschaltern kann man z. B. eine Lampe im Flur von beiden Enden aus ein- und ausschalten.
Wahr / Falsch #6 20s ▶ Testen

Ein Körper, der mehr Elektronen als Protonen hat, ist negativ geladen.

✓ Wahr
Richtig! Wenn ein Körper durch Reibung zusätzliche Elektronen aufnimmt, hat er mehr negative als positive Ladungen. Die Gesamtladung ist negativ.
Sortieren #7 35s ▶ Testen

Ordne die Bauteile eines einfachen Stromkreises in der Reihenfolge, in der der Strom fließt.

✓ Antwort: Pluspol der Batterie, Leitung zum Verbraucher, Lampe (Verbraucher), Leitung zurück zur Batterie, Minuspol der Batterie
In der technischen Stromrichtung fließt der Strom vom Pluspol durch die Leitung zum Verbraucher und über die Rückleitung zum Minuspol. (Die Elektronen bewegen sich tatsächlich in die umgekehrte Richtung.)
Multiple Choice #8 25s ▶ Testen

Warum sind Metalle gute elektrische Leiter?

  • ○ Weil sie schwer sind
  • ● Weil sie frei bewegliche Elektronen haben
  • ○ Weil sie glänzen
  • ○ Weil sie hart sind
In Metallen sind die äußeren Elektronen nicht fest an einzelne Atome gebunden, sondern können sich frei im Metallgitter bewegen. Deshalb können sie als Ladungsträger den elektrischen Strom transportieren.
Schwer
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Ein negativ geladener Ballon wird nahe an einen neutralen Papierschnipsel gehalten, ohne ihn zu berühren. Was geschieht im Papier?

  • ○ Das ganze Papier wird negativ geladen
  • ● Die dem Ballon zugewandte Seite wird positiv
  • ○ Im Papier ändert sich gar nichts
Das ist Influenz: Die negative Ladung des Ballons stößt die negativen Ladungen im Papier ein Stück weg. Die zugewandte Seite wird dadurch leicht positiv, die abgewandte negativ – insgesamt bleibt das Papier neutral. Weil die positive Seite näher am Ballon ist, überwiegt die Anziehung, und der Schnipsel springt hoch. Ohne Berührung wandern keine Ladungen auf das Papier.