T9 E - Strom- und Leistungsaufnahme untersuchen

Einleitung

In diesem aiMOOC untersuchst Du, wie viel Strom und Leistung elektrische Verbraucher aufnehmen. Du arbeitest vor allem mit sicheren virtuellen Schaltungen und schulisch freigegebenen Kleinspannungsbeispielen.

Ziel: Du kannst Messdaten lesen, passende Formeln auswählen, rechnen, Diagramme auswerten und technische Entscheidungen begründen.

Du lernst …	Woran Du es erkennst
Spannung verstehen	Du kannst eine Spannung in Volt angeben und erklären, dass sie zwischen zwei Punkten gemessen wird.
Stromstärke verstehen	Du kannst eine Stromstärke in Ampere oder Milliampere angeben und die Stromaufnahme eines Verbrauchers beschreiben.
Leistung berechnen	Du nutzt P = U · I und deutest das Ergebnis technisch.
Elektrische Energie berechnen	Du nutzt E = P · t und unterscheidest Leistung von Energie.
Leistungsaufnahme vergleichen	Du vergleichst Messwerte nicht nur rechnerisch, sondern begründest, was die Zahlen für eine technische Auswahl bedeuten.

Sicherheitsregel für diesen gesamten aiMOOC: Praktische Arbeiten erfolgen nur nach schulischer Unterweisung, unter Aufsicht und mit der vorgeschriebenen Schutzausrüstung. Keine eigenständige Nutzung gefährlicher Maschinen oder von Netzspannung. Elektrische Versuche nur mit freigegebenen Komponenten und sicherer Kleinspannung. Fehlerhafte oder kurzschlussgefährdende Schaltungen werden ausschließlich virtuell untersucht.

Bezug zu Technik Klasse 9 in Baden-Württemberg

Der Schwerpunkt passt zum Bereich Systeme und Prozesse im Wahlpflichtfach Technik. Für das E-Niveau ist das Berechnen der Strom- beziehungsweise Leistungsaufnahme ausdrücklich anschlussfähig. Gleichzeitig werden technisches Experimentieren, Auswerten, Tabellen, Diagramme, Schaltpläne und begründete Bewertungen trainiert.

Bildungsplan Baden-Württemberg – Technik 7/8/9: Systeme und Prozesse

Bildungsplan Baden-Württemberg – Grundgrößen der Elektrizitätslehre

Medienstart: Einen Messstromkreis lesen

Bildlegende: Einfacher Stromkreis mit Batterie, Sicherung, Widerstand, LED, Voltmeter und Amperemeter.

Medienauftrag:

Suche im Bild Spannungsquelle, Sicherung, LED, Widerstand und beide Messgeräte.
Markiere gedanklich den Weg des Stroms durch den Verbraucher.
Vergleiche die Einbauorte von Voltmeter und Amperemeter.
Formuliere eine Vermutung: Welches Messgerät liegt in Reihe, welches parallel?

Fachbegriffe direkt erklärt

Fachbegriff	Zeichen	Einheit	Kurze Erklärung	Technische Bedeutung
Spannung	U	Volt V	Spannung beschreibt den elektrischen Antrieb zwischen zwei Punkten.	Ein Bauteil muss für die verwendete Spannung geeignet sein.
Stromstärke	I	Ampere A	Stromstärke beschreibt, wie viel elektrische Ladung pro Zeit fließt.	Sie zeigt, wie stark eine Quelle oder Leitung elektrisch belastet wird.
Leistung	P	Watt W	Leistung beschreibt die pro Zeit umgesetzte Energie.	1 W bedeutet 1 Joule pro Sekunde.
Elektrische Energie	E	Joule J oder Wattstunde Wh	Energie beschreibt die insgesamt umgesetzte Energiemenge.	Sie hängt von Leistung und Nutzungsdauer ab.
Leistungsaufnahme	P	Watt W	Leistungsaufnahme ist die elektrische Leistung, die ein Gerät aus der Quelle aufnimmt.	Sie ist nicht automatisch gleich der nutzbaren Ausgangsleistung.

Wichtig: „Stromverbrauch“ ist umgangssprachlich. Physikalisch ist meist die aufgenommene elektrische Energie gemeint.

Kompakte Formelkarten

Formelkarte Leistung	Bedeutung
P = U · I	Spannung mal Stromstärke ergibt die elektrische Leistung.
U = P / I	Gesuchte Spannung bei bekannter Leistung und Stromstärke.
I = P / U	Gesuchte Stromstärke bei bekannter Leistung und Spannung.

Formelkarte Energie	Bedeutung
E = P · t	Leistung mal Zeit ergibt elektrische Energie.
P = E / t	Energie geteilt durch Zeit ergibt Leistung.
t = E / P	Energie geteilt durch Leistung ergibt Nutzungszeit.

Wenn Du rechnest …	Dann passen diese Einheiten
P = U · I	V · A = W
E = P · t mit t in Stunden	W · h = Wh
E = P · t mit t in Sekunden	W · s = J
Umrechnen	1000 mA = 1 A; 1000 W = 1 kW; 1000 Wh = 1 kWh; 1 Wh = 3600 J

Rechenweg für Prüfungsaufgaben

Schritt	Beispiel
1. Gegeben	U = 6 V; I = 0,18 A
2. Gesucht	P
3. Formel	P = U · I
4. Einsetzen	P = 6 V · 0,18 A
5. Rechnen	P = 1,08 W
6. Technisch deuten	Der Verbraucher nimmt bei diesem Betriebszustand 1,08 W elektrische Leistung auf.

Prüfungstipp: Eine nackte Zahl ist selten genug. Ergänze immer Einheit und technischen Deutungssatz.

Zahlen technisch verstehen

Angabe	Mathematische Aussage	Technische Aussage
6 V	Spannung beträgt 6 Volt.	Der Verbraucher ist für diesen Messpunkt an 6 V betrieben.
0,15 A	Stromstärke beträgt 0,15 Ampere.	Der Verbraucher nimmt 150 mA auf.
0,90 W	Leistung beträgt 0,90 Watt.	Pro Sekunde werden 0,90 Joule elektrische Energie umgesetzt.
0,90 Wh	Energie beträgt 0,90 Wattstunden.	Diese Energiemenge ergibt sich zum Beispiel aus 0,90 W über eine Stunde.

Richtig messen

Spannung und Stromstärke nicht verwechseln

Bildlegende: Vergleich von Messschaltungen für Stromstärke und Spannung.

Größe	Messgerät	Anschluss	Merksatz
Spannung U	Voltmeter	parallel zum untersuchten Bauteil	Spannung misst Du zwischen zwei Punkten.
Stromstärke I	Amperemeter	in Reihe im Strompfad	Strom muss durch das Messgerät fließen.

Bildlegende: Symbolische Darstellung eines Voltmeters und eines Amperemeters.

Beobachten und vergleichen:

Suche die Buchstaben V und A.
Ordne V der Spannung und A der Stromstärke zu.
Erkläre, warum gleiche Geräteformen trotzdem verschiedene Messaufgaben haben können.

Sicherheits- und Messcheck

Vor dem Messen	Prüffrage
Spannungsart	Ist die schulisch freigegebene Kleinspannungsquelle passend eingestellt?
Messgröße	Soll Spannung oder Stromstärke gemessen werden?
Anschluss	Ist das Voltmeter parallel beziehungsweise das Amperemeter in Reihe angeordnet?
Messbereich	Ist ein geeigneter Messbereich nach Unterweisung gewählt?
Schaltung	Ist kein Kurzschluss vorhanden?
Bauteile	Werden zulässige Spannungs-, Strom- und Leistungswerte eingehalten?
Aufsicht	Ist die Durchführung freigegeben und beaufsichtigt?

Nie als Praxisanweisung verwenden: Ein Amperemeter direkt parallel an eine Spannungsquelle zu legen, kann einen sehr großen Strom verursachen. Dieser Fehler wird hier nur in der Simulation analysiert.

Virtuelles Messlabor

Die folgenden Aufgaben sind so aufgebaut, dass Du beobachten, messen, vergleichen, rechnen, Fehler finden und Deine Ergebnisse selbst kontrollieren kannst.

iFrame blockiert

Diese externe Quelle ist für aiMOOC-iFrames nicht freigegeben.

Virtuelle Grundregel: Nutze im Labor eine Gleichspannungsquelle, Widerstände oder virtuelle Lampen und die eingebauten Messgeräte. Gefährliche oder extreme Einstellungen dienen nur der Fehleranalyse in der Simulation und werden nicht praktisch nachgebaut.

Messsimulation 1: Wie hängen Spannung, Stromstärke und Leistung zusammen?

Virtuelles Modell: Ein ohmscher Widerstand von 30 Ω wird nacheinander mit verschiedenen Kleinspannungen betrieben.

Messpunkt	U in V	I in A	P = U · I in W
A	1,5	0,05	0,075
B	3,0	0,10	0,30
C	4,5	0,15	0,675
D	6,0	0,20	1,20

Messauftrag:

Prüfe jeden Leistungswert mit P = U · I.
Vergleiche Messpunkt A und D.
Beschreibe, wie sich Stromstärke und Leistung verändern.
Erkläre, warum Bauteilgrenzen bei höherer Spannung wichtig werden.

Diagramm: Leistungsaufnahme

Spannung	Leistung	Balkendarstellung
1,5 V	0,075 W	██
3,0 V	0,30 W	████████
4,5 V	0,675 W	█████████████████
6,0 V	1,20 W	██████████████████████████████

Selbstkontrolle: Von A nach D wird die Spannung vervierfacht. Bei diesem ohmschen Widerstand wird auch die Stromstärke vervierfacht. Die Leistung steigt von 0,075 W auf 1,20 W und damit auf das 16-Fache. Technisch bedeutet das: Eine Spannungsänderung kann die elektrische Belastung stark verändern.

Messsimulation 2: Vier Verbraucher bei gleicher Spannung

Messbedingung: Alle Verbraucher werden virtuell bei 6 V untersucht.

Verbraucher	U in V	I in A	Leistungsaufnahme P in W
LED-Modul	6	0,04	0,24
Summer	6	0,03	0,18
Kleinlüfter	6	0,15	0,90
Getriebemotor	6	0,25	1,50

Vergleichsdiagramm

Verbraucher	Leistungsaufnahme	Balken
Summer	0,18 W	████
LED-Modul	0,24 W	██████
Kleinlüfter	0,90 W	██████████████████████
Getriebemotor	1,50 W	█████████████████████████████████████

Technische Entscheidung: Eine 6-V-Quelle darf laut Aufgabenangabe höchstens 0,20 A liefern.

Markiere alle Verbraucher, deren gemessene Stromaufnahme höchstens 0,20 A beträgt.
Begründe, warum der Getriebemotor nicht zu dieser Quelle passt.
Erkläre, warum beim Kleinlüfter trotz 0,15 A weitere Daten sinnvoll sind.

Lösungsweg: LED-Modul, Summer und Kleinlüfter liegen in diesem Messzustand unter 0,20 A. Der Getriebemotor benötigt 0,25 A und überschreitet die angegebene Stromgrenze. Beim Motor oder Lüfter kann der Anlaufstrom höher als der gemessene Dauerstrom sein. Für eine belastbare Auswahl braucht man deshalb zusätzlich Datenblatt- oder Anlaufwerte.

Merke: Eine Stromquelle mit höherer zulässiger Maximalstromstärke „drückt“ nicht automatisch mehr Strom durch ein korrekt betriebenes Gerät. Entscheidend sind passende Spannung, richtige Anschlussbedingungen und die Stromaufnahme des Verbrauchers.

Messsimulation 3: Motor unter Last

Bildlegende: Kleiner Gleichstrommotor mit Getriebe. Er steht hier nur als ungefährliches Anschauungsbeispiel für einen Kleinspannungsantrieb.

Virtuelle Messreihe bei konstant 6 V:

Betriebszustand	U in V	I in A	P in W
Leerlauf	6	0,10	0,60
mittlere Last	6	0,18	1,08
hohe Last	6	0,28	1,68
blockiert – nur Simulation	6	0,60	3,60

Diagramm: Stromaufnahme

Zustand	Stromstärke	Balken
Leerlauf	0,10 A	█████
mittlere Last	0,18 A	█████████
hohe Last	0,28 A	██████████████
blockiert – nur Simulation	0,60 A	██████████████████████████████

Fehler finden: Eine Person wählt eine Quelle mit maximal 0,15 A, weil der Motor im Leerlauf nur 0,10 A benötigt.

Rückmeldung: Die Entscheidung ist nicht belastbar. Bereits bei mittlerer Last werden 0,18 A benötigt. Die Leerlaufmessung beschreibt also nicht den ungünstigeren Betriebszustand. Ein blockierter Motor wird praktisch nicht absichtlich erzeugt; dieser Zustand wird nur virtuell betrachtet.

Messsimulation 4: Leistung ist nicht Energie

Drei Nutzungsfälle:

Gerät	Leistung P	Nutzungszeit t	Energie E = P · t
LED-Modul	0,24 W	4 h	0,96 Wh
Kleinlüfter	0,90 W	1 h	0,90 Wh
Getriebemotor	1,50 W	0,5 h	0,75 Wh

Vergleiche:

Welches Gerät hat die größte Leistungsaufnahme?
Welcher Nutzungsfall benötigt die größte Energiemenge?
Erkläre, warum beide Antworten verschieden sind.

Lösung: Der Getriebemotor hat mit 1,50 W die größte Leistungsaufnahme. Die größte Energie wird im Beispiel vom LED-Modul mit 0,96 Wh benötigt, weil es deutlich länger betrieben wird. Energie hängt von Leistung und Zeit ab.

Messsimulation 5: Messfehler erkennen

Bildlegende: Schema eines Stromkreises mit Amperemeter im Strompfad.

Fall	Beobachtung	Deine Diagnose
A	Voltmeter liegt parallel zum Verbraucher.	korrekt für Spannungsmessung
B	Amperemeter liegt in Reihe zum Verbraucher.	korrekt für Strommessung
C	Amperemeter liegt direkt parallel an der Quelle.	Messfehler; nur virtuell untersuchen
D	Anzeige 180 mA wird als 180 A notiert.	Einheitenfehler
E	0,15 A wird mit 6 V multipliziert, aber das Ergebnis als Wh notiert.	Einheitenfehler; V · A ergibt W

Fehlerauftrag:

Markiere die beiden korrekten Fälle.
Begründe die drei Fehlerfälle.
Formuliere zu jedem Fehler eine sichere Korrekturregel.

Selbstkontrolle: A und B sind korrekt. Bei C wäre ein sehr großer Strom möglich; deshalb wird dieser Fehler nicht praktisch aufgebaut. Bei D gilt 180 mA = 0,180 A. Bei E muss das Ergebnis die Einheit Watt tragen.

Messsimulation 6: Prüfungsnah vergleichen und entscheiden

Aufgabe: Drei virtuelle Kleinlüfter wurden bei ihrer jeweiligen Nennspannung untersucht.

Lüfter	U in V	I in A	Leistungsaufnahme P	Luftstrom
A	3,0	0,20	0,60 W	10 L/min
B	4,5	0,14	0,63 W	14 L/min
C	6,0	0,10	0,60 W	18 L/min

Prüfungsfragen:

Kontrolliere alle Leistungswerte.
Vergleiche A und C: Beide nehmen 0,60 W auf. Welche Größe unterscheidet sich trotzdem deutlich?
Berechne als Vergleichswert den Luftstrom pro Watt.
Entscheide für eine 6-V-Anwendung mit dem Ziel „möglichst viel Luftstrom bei möglichst kleiner Leistungsaufnahme“, welches Modell aufgrund dieser Messdaten besonders interessant ist.
Nenne mindestens eine zusätzliche Information, die Du vor einer realen Produktauswahl noch benötigen würdest.

Lösungsweg: A: 10 / 0,60 ≈ 16,7 L/min pro W. B: 14 / 0,63 ≈ 22,2 L/min pro W. C: 18 / 0,60 = 30 L/min pro W. Für die vorgegebene 6-V-Anwendung ist C aufgrund dieser Messdaten technisch interessant, weil es bei gleicher Leistungsaufnahme wie A einen größeren Luftstrom liefert und zur Versorgungsspannung passt. Für eine reale Auswahl wären zusätzlich zum Beispiel Anlaufstrom, Geräusch, Lebensdauer, Maße und Datenblattgrenzen wichtig. Der Quotient Luftstrom pro Watt ist hier nur ein Vergleichswert und kein allgemeiner Wirkungsgrad.

Vier prüfungsnahe Rechenbeispiele

Beispiel 1: Leistung berechnen

Gegeben: U = 6 V; I = 0,18 A

Gesucht: P

Rechnung: P = U · I = 6 V · 0,18 A = 1,08 W

Technische Bedeutung: Der Verbraucher nimmt in diesem Betriebszustand 1,08 W elektrische Leistung auf.

Beispiel 2: Stromaufnahme berechnen

Gegeben: P = 0,90 W; U = 6 V

Gesucht: I

Rechnung: I = P / U = 0,90 W / 6 V = 0,15 A = 150 mA

Technische Bedeutung: Eine passende 6-V-Versorgung muss diesen Strom im betrachteten Betriebszustand mindestens bereitstellen können.

Beispiel 3: Elektrische Energie berechnen

Gegeben: P = 1,20 W; t = 15 min = 0,25 h

Gesucht: E

Rechnung: E = P · t = 1,20 W · 0,25 h = 0,30 Wh

In Joule: 15 min = 900 s, also E = 1,20 W · 900 s = 1080 J.

Technische Bedeutung: Leistung beschreibt die Geschwindigkeit der Energieumsetzung; die Energiemenge wächst mit der Zeit.

Beispiel 4: Zwei Verbraucher gemeinsam

Virtuelles Beispiel: Zwei 6-V-Verbraucher liegen parallel an einer freigegebenen 6-V-Quelle.

Verbraucher 1: I = 0,12 A

Verbraucher 2: I = 0,08 A

Gesamtstrom: I_ges = 0,12 A + 0,08 A = 0,20 A

Gesamtleistung: P_ges = 6 V · 0,20 A = 1,20 W

Technische Bedeutung: Eine Quelle mit maximal 0,15 A wäre nach diesen Daten zu klein. Eine Quelle mit 0,30 A hätte rechnerisch Reserve. Für Motoren oder andere dynamische Lasten müssen zusätzlich mögliche Anlauf- oder Spitzenströme berücksichtigt werden.

Medien untersuchen

Video: Elektrische Leistung

Beobachtungsauftrag:

Notiere die Formel für elektrische Leistung.
Achte darauf, wie Spannung und Stromstärke gemessen werden.
Stoppe vor einem Rechenbeispiel und rechne selbst.
Vergleiche Deinen Rechenweg mit dem Video.

Video: Strom und Spannung messen

Fehlerfinder-Auftrag:

Suche die Stelle, an der erklärt wird, wie ein Amperemeter angeschlossen wird.
Suche die Stelle zur Spannungsmessung.
Formuliere beide Regeln in je einem Satz.
Übertrage die Regeln auf die Messsimulationen dieses aiMOOCs.

Video: Stromkreis, Spannung, Stromstärke und Leistung

Transferauftrag:

Notiere je einen Satz zu Spannung, Stromstärke und Leistung.
Erkläre danach ohne Video, warum P = U · I technisch sinnvoll ist.
Prüfe Deine Erklärung an einem 6-V-Verbraucher aus den Tabellen.

Bild: LED-Schaltung untersuchen

Bildlegende: Einfache LED-Schaltung mit Spannungsquelle, Vorwiderstand und LED.

Analyse:

Verfolge den Strompfad.
Benenne die Funktion des Widerstands.
Erkläre, warum die zulässigen Werte der LED nicht überschritten werden dürfen.
Nutze die Grafik nur zum Verstehen des Prinzips; praktische LED-Schaltungen werden ausschließlich mit schulisch freigegebenen Bauteilen aufgebaut.

Typische Denkfehler

Denkfehler	Korrektur
„Mehr Spannung bedeutet immer nur etwas mehr Leistung.“	Bei einem ohmschen Widerstand steigt gleichzeitig auch die Stromstärke; die Leistung kann deshalb stark zunehmen.
„0,20 A sind 20 mA.“	0,20 A sind 200 mA.
„Watt und Wattstunde sind dasselbe.“	Watt ist Leistung; Wattstunde ist Energie.
„Das Gerät mit der höchsten Leistungsaufnahme ist automatisch das beste.“	Technische Auswahl braucht Zielkriterien wie Nutzwirkung, Spannung, Stromgrenze, Laufzeit, Sicherheit und Datenblattwerte.
„Eine Leerlaufmessung reicht für einen Motor.“	Unter Last oder beim Start kann die Stromaufnahme höher sein.
„Das Voltmeter kommt in Reihe.“	Spannung wird parallel zum Bauteil gemessen.
„Das Amperemeter darf direkt an die Quelle.“	Nein. Ein Amperemeter wird in Reihe eingesetzt; ein Parallelanschluss an die Quelle kann gefährlich für Messgerät und Schaltung sein.

Schnell-Wiederholung

Frage	Kurzantwort
Was ist Spannung?	Elektrischer Antrieb zwischen zwei Punkten; Einheit Volt.
Was ist Stromstärke?	Elektrische Ladung pro Zeit; Einheit Ampere.
Was ist Leistung?	Umgesetzte Energie pro Zeit; Einheit Watt.
Wie berechnet man Leistung?	P = U · I.
Wie berechnet man elektrische Energie?	E = P · t.
Wie misst man Spannung?	Parallel.
Wie misst man Stromstärke?	In Reihe.
Was bedeutet Leistungsaufnahme?	Elektrische Leistung, die ein Verbraucher aus der Quelle aufnimmt.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Diesen aiMOOC als Battle spielen

Welche Formel berechnet die elektrische Leistung bei Gleichspannung? (P = U · I) (!P = U + I) (!P = U / t) (!P = I · t)

Ein Verbraucher arbeitet mit 6 V und 0,20 A. Wie groß ist seine Leistungsaufnahme? (1,20 W) (!0,03 W) (!6,20 W) (!30 W)

Wie wird ein Amperemeter zur Strommessung angeschlossen? (In Reihe zum Verbraucher) (!Parallel zur Spannungsquelle) (!Parallel zum Amperemeter) (!Ohne Verbindung zum Stromkreis)

Wie wird ein Voltmeter zur Spannungsmessung am Verbraucher angeschlossen? (Parallel zum Verbraucher) (!In Reihe zum Verbraucher) (!Direkt als Kurzschluss) (!An nur einen Messpunkt)

Ein Gerät nimmt 1,20 W auf und läuft 15 Minuten. Welche Energie wird umgesetzt? (0,30 Wh) (!18 Wh) (!4,80 Wh) (!0,08 Wh)

Zwei Verbraucher arbeiten bei derselben Spannung. Verbraucher A zieht mehr Strom. Was gilt dann für die elektrische Leistungsaufnahme? (Verbraucher A hat die größere Leistungsaufnahme) (!Beide haben immer dieselbe Leistungsaufnahme) (!Verbraucher A hat automatisch den höheren Wirkungsgrad) (!Die Leistungsaufnahme ist unabhängig von der Stromstärke)

Ein 6-V-Gerät hat eine Leistungsaufnahme von 0,90 W. Wie groß ist seine Stromaufnahme? (0,15 A) (!5,40 A) (!0,90 A) (!6,90 A)

Warum ist Leistung nicht dasselbe wie elektrische Energie? (Leistung beschreibt Energie pro Zeit) (!Leistung wird immer in Wattstunden angegeben) (!Energie hat keine Einheit) (!Leistung hängt nie von der Zeit ab)

Was zeigt die virtuelle Motor-Messreihe bei zunehmender Last? (Die Stromaufnahme steigt) (!Die Spannung muss automatisch auf null fallen) (!Die Stromaufnahme wird immer kleiner) (!Die Leistung bleibt immer genau gleich)

Eine 6-V-Quelle darf höchstens 0,20 A liefern. Ein Verbraucher benötigt 0,25 A. Welche Aussage passt zu den Messdaten? (Der Verbraucher überschreitet die angegebene Stromgrenze) (!Der Verbraucher benötigt nur 0,05 A) (!Die Stromgrenze spielt keine Rolle) (!Die Quelle liefert automatisch genau 0,25 W)

Memory

Spannung	Volt
Stromstärke	Ampere
Leistung	Watt
elektrische Energie	Wattstunde
Voltmeter	Parallelschaltung
Amperemeter	Reihenschaltung
Leistungsformel	P gleich U mal I
Energieformel	E gleich P mal t

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Voltmeter parallel	Spannung bestimmen
Amperemeter in Reihe	Stromstärke bestimmen
P gleich U mal I	Leistungsaufnahme berechnen
E gleich P mal t	elektrische Energie berechnen
Einheiten kontrollieren	Plausibilitätsprüfung

...

Kreuzworträtsel

Spannung	Welche elektrische Größe wird zwischen zwei Punkten gemessen?
Ampere	Wie heißt die Einheit der Stromstärke?
Leistung	Welche Größe gibt Energie pro Zeit an?
Voltmeter	Welches Messgerät misst die elektrische Spannung?
Wattstunde	Welche Einheit wird häufig für elektrische Energie verwendet?
Kleinspannung	Welche Spannungsart wird für die sicheren Schulbeispiele verwendet?

LearningApps

Lückentext

Die elektrische Spannung wird mit dem Formelzeichen

beschrieben.

Die Stromstärke hat das Formelzeichen

.

Die elektrische Leistung hat das Formelzeichen

.

Die Einheit der Leistung heißt

.

Die Leistungsaufnahme berechnet sich bei Gleichspannung mit

.

Ein Voltmeter wird zum Verbraucher

angeschlossen.

Ein Amperemeter wird zum Verbraucher

angeschlossen.

Die elektrische Energie berechnet sich aus Leistung und

.

Wird die Leistung in Watt und die Zeit in Stunden eingesetzt, erhält man die Energie in

.

Eine Stromstärke von 0,20 A entspricht

.

Bei einem Motor kann die Stromaufnahme unter Last

.

Eine technische Auswahl soll neben Messwerten auch Betriebszustand und

berücksichtigen.

Offene Aufgaben

Leicht

Formelkarte: Gestalte eine eigene kompakte Karte mit P = U · I, I = P / U und U = P / I. Ergänze zu jeder Formel die passenden Einheiten.
Messgerät: Beschrifte auf einer selbst gezeichneten Schaltung Voltmeter und Amperemeter. Markiere parallel und in Reihe.
Messwerttabelle: Ergänze zu vier vorgegebenen U-I-Wertepaaren die Leistung und kontrolliere jede Einheit.
Fehleranalyse: Erfinde drei typische Einheiten- oder Messfehler und schreibe jeweils eine sichere Korrekturregel dazu.

Standard

Virtuelles Experiment: Führe in einer freigegebenen Simulation eine Messreihe mit mindestens vier Spannungen durch. Dokumentiere U, I und P in einer Tabelle.
Diagramm: Erstelle aus einer Messreihe ein Diagramm zur Leistungsaufnahme. Beschreibe zwei sichtbare Trends mit Fachbegriffen.
Verbrauchervergleich: Vergleiche drei virtuelle Kleinspannungsverbraucher. Begründe, welcher zu einer vorgegebenen Spannungs- und Stromgrenze passt.
Energievergleich: Untersuche drei Nutzungszeiten desselben Verbrauchers und zeige, wie sich die elektrische Energie verändert.

Schwer

Prüfplan: Entwickle einen sicheren virtuellen Prüfplan, mit dem Du die Leistungsaufnahme eines Kleinspannungsmotors in mehreren Lastzuständen untersuchst. Praxis nur nach schulischer Unterweisung und unter Aufsicht.
Technische Entscheidung: Wähle aus drei fiktiven Lüftern ein Modell für eine gegebene Aufgabe aus. Begründe mit Spannung, Stromaufnahme, Leistung, Nutzwirkung und mindestens einem weiteren Kriterium.
Fehlerdiagnose: Analysiere einen Datensatz, in dem mindestens zwei Messwerte unplausibel sind. Begründe rechnerisch, welche Werte überprüft werden müssen.
Prüfungsaufgabe erstellen: Entwickle selbst eine E-Niveau-Aufgabe mit Messwerttabelle, Diagramm, zwei Rechnungen und einer begründeten technischen Entscheidung. Erstelle auch einen vollständigen Lösungsweg.

Lernkontrolle

Messdaten auswerten: Ein virtueller Verbraucher wird bei 3 V, 4,5 V und 6 V gemessen. Werte die Tabelle aus, berechne die Leistung und erkläre, welcher Messpunkt das Bauteil am stärksten belastet.
Leistungsaufnahme vergleichen: Zwei Geräte haben unterschiedliche Spannung und Stromstärke, aber nahezu gleiche Leistung. Erkläre, warum ein reiner Stromvergleich keine ausreichende technische Bewertung liefert.
Quelle auswählen: Drei Kleinspannungsquellen besitzen unterschiedliche Spannungs- und Stromgrenzen. Entscheide für einen vorgegebenen Verbraucher, welche Quelle technisch passt, und begründe die Auswahl.
Motorlast bewerten: Ein Motor zieht im Leerlauf 0,10 A und unter Last 0,28 A. Erkläre, warum die Stromversorgung nicht nur nach dem Leerlaufwert ausgewählt werden sollte.
Energie und Leistung trennen: Vergleiche ein Gerät mit hoher Leistung und kurzer Laufzeit mit einem Gerät mit kleiner Leistung und langer Laufzeit. Berechne die Energie und begründe, welches mehr Energie benötigt.
Messfehler erklären: Eine Person misst Strom parallel zum Verbraucher und Spannung in Reihe. Analysiere beide Fehler und beschreibe die korrekte Messanordnung.
Technische Entscheidung begründen: Zwei Lüfter nehmen jeweils 0,60 W auf, liefern aber unterschiedliche Luftströme. Begründe, welche zusätzlichen Daten für eine faire technische Bewertung benötigt werden.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig:

Du erklärst Spannung, Stromstärke, Leistung, elektrische Energie und Leistungsaufnahme fachlich korrekt.
Du verwendest P = U · I sicher und kannst die Formel nach U oder I umstellen.
Du verwendest E = P · t und wandelst Minuten, Stunden, Ampere und Milliampere korrekt um.
Du erkennst, dass ein Voltmeter parallel und ein Amperemeter in Reihe geschaltet wird.
Du wertest Messdaten in Tabellen und Diagrammen aus.
Du verbindest Zahlen mit technischer Bedeutung und schreibst Deutungssätze.
Du vergleichst Leistungsaufnahmen begründet und vermeidest die Aussage „mehr Leistung ist automatisch besser“.
Du berücksichtigst Lastzustände, Anlaufstrom, Spannungsgrenzen und Stromgrenzen.
Du kannst Messfehler, Einheitenfehler und unplausible Daten erkennen.
Du beachtest die schulischen Sicherheitsregeln: keine Netzspannung, keine eigenständige Nutzung gefährlicher Maschinen, nur freigegebene Kleinspannungskomponenten und praktische Arbeiten unter Unterweisung und Aufsicht.

OERs zum Thema

Weitere freie Lernmedien:

Wikimedia Commons: Schaltpläne und Messgerätebilder dieses aiMOOCs können direkt analysiert und verglichen werden.
PhET: Das virtuelle Gleichstrom-Labor ermöglicht sichere Messreihen mit Spannung und Stromstärke.
Wikipedia: Die Artikel zu elektrischer Leistung und elektrischer Energie eignen sich zur Begriffsklärung und Vertiefung.

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