Berechne den spezifischen Widerstand eines Leiters mit 3 mm² Querschnitt, 2000 m Länge und 18,53 Ω Widerstand.

Question

Berechne den spezifischen Widerstand eines Leiters mit 3 mm² Querschnitt, 2000 m Länge und 18,53 Ω Widerstand.

Antwort

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Was ist Strom in Stichpunkten?

Wie lange benötigt ein Signal in einem elektrischen Leiter?

Wie erklärt sich der elektrische Widerstand metallischer Leiter durch Kristalle?

Was ist Spannung?

Wie hängen Spannung und Strom einfach erklärt zusammen?

Was ist elektrischer Strom? Kurz erklärt für 16-Jährige.

Woher stammen die freien Elektronen in Leitern?

Was sind freie Elektronen?

Welche Leistung fällt an einem Widerstand von 0,05 Ohm bei 15V und 7,5A ab?

Erläutere die Begriffe Stromstärke und Spannung.

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Der spezifische Widerstand (ρ) eines Leiters kann mit der Formel berechnet werden: \[ \rho = R \cdot \frac{A}{L} \] Dabei ist: - \( R \) der Widerstand (in Ohm), - \( A \) der Querschnitt (in Quadratmetern), - \( L \) die Länge (in Metern). Gegeben sind: - \( R = 18,53 \, \Omega \) - \( A = 3 \, \text{mm}^2 = 3 \times 10^{-6} \, \text{m}^2 \) - \( L = 2000 \, \text{m} \) Setzen wir die Werte in die Formel ein: \[ \rho = 18,53 \, \Omega \cdot \frac{3 \times 10^{-6} \, \text{m}^2}{2000 \, \text{m}} \] Berechnen wir den spezifischen Widerstand: \[ \rho = 18,53 \cdot \frac{3 \times 10^{-6}}{2000} \] \[ \rho = 18,53 \cdot 1,5 \times 10^{-9} \] \[ \rho \approx 2,78 \times 10^{-8} \, \Omega \cdot \text{m} \] Der spezifische Widerstand des Leiters beträgt also ungefähr \( 2,78 \times 10^{-8} \, \Omega \cdot \text{m} \).

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- Strom ist die Bewegung von elektrischen Ladungen (meist Elektronen) durch einen Leiter. - Gemessen wird Strom in Ampere (A). - Voraussetzung: geschlossener Stromkreis. - Fließt vom Minus... [mehr]

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- Strom ist die Bewegung von elektrischen Ladungen (meist Elektronen) durch einen Leiter. - Gemessen wird Strom in Ampere (A). - Voraussetzung: geschlossener Stromkreis. - Fließt vom Minus- zum Pluspol (technisch: Plus zu Minus). - Wird durch eine Spannungsquelle (z. B. Batterie, Steckdose) angetrieben. - Ermöglicht den Betrieb elektrischer Geräte. - Symbol: I (für elektrische Stromstärke). - Kann gefährlich sein (Stromschlag). - Es gibt Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC).

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Die Zeit, die ein Signal in einem elektrischen Leiter benötigt, hängt von mehreren Faktoren ab, insbesondere von der sogenannten **Signalausbreitungsgeschwindigkeit**. Diese ist nicht identi... [mehr]

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Die Zeit, die ein Signal in einem elektrischen Leiter benötigt, hängt von mehreren Faktoren ab, insbesondere von der sogenannten **Signalausbreitungsgeschwindigkeit**. Diese ist nicht identisch mit der Geschwindigkeit der Elektronenbewegung (Driftgeschwindigkeit), sondern beschreibt, wie schnell sich eine Änderung des elektrischen Feldes (also das Signal) entlang des Leiters ausbreitet. **Typische Werte:** - In Kupferkabeln (z. B. bei Netzwerkkabeln) beträgt die Signalausbreitungsgeschwindigkeit etwa **zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit** im Vakuum. - Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt ca. **300.000 km/s**. - Im Kupferkabel sind es also etwa **200.000 km/s**. **Beispielrechnung:** - Für eine Strecke von 1 km braucht das Signal etwa: \( \frac{1\,\text{km}}{200.000\,\text{km/s}} = 0,000005\,\text{s} = 5\,\mu\text{s} \) (Mikrosekunden) **Zusammengefasst:** Ein Signal braucht in einem typischen elektrischen Leiter (z. B. Kupferdraht) für 1 km etwa 5 Mikrosekunden. Die genaue Zeit hängt vom Material und der Bauart des Leiters ab.

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Der elektrische Widerstand metallischer Leiter kann durch die Struktur und das Verhalten der Kristalle erklärt werden. In metallischen Leitern sind die Atome in einem regelmäßigen, kri... [mehr]

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Der elektrische Widerstand metallischer Leiter kann durch die Struktur und das Verhalten der Kristalle erklärt werden. In metallischen Leitern sind die Atome in einem regelmäßigen, kristallinen Gitter angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht es den Elektronen, sich relativ frei durch das Material zu bewegen, was für die elektrische Leitfähigkeit entscheidend ist. 1. **Kristallgitterstruktur**: In Metallen sind die Atome in einem engen Gitter angeordnet, was bedeutet, dass die Elektronen, die sich in der sogenannten "Elektronengas"-Modell bewegen, weniger Hindernisse haben, um sich zu bewegen. Diese Struktur trägt zur hohen Leitfähigkeit bei. 2. **Elektronentransport**: Die frei beweglichen Elektronen in einem Metall können sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewegen. Diese Bewegung ist jedoch nicht ohne Hindernisse. Wenn die Elektronen auf die Atomrümpfe treffen, kommt es zu Streuungen, die den Widerstand erhöhen. 3. **Temperaturabhängigkeit**: Der Widerstand eines metallischen Leiters steigt mit der Temperatur. Bei höheren Temperaturen vibrieren die Atome stärker, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Elektronen auf diese Atome treffen und gestreut werden. Dies führt zu einem höheren Widerstand. 4. **Verunreinigungen und Defekte**: Verunreinigungen im Kristallgitter oder strukturelle Defekte können ebenfalls den Widerstand erhöhen, da sie zusätzliche Streuungsstellen für die Elektronen schaffen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der elektrische Widerstand metallischer Leiter durch die Kristallstruktur, die Beweglichkeit der Elektronen, die Temperatur und die Reinheit des Materials beeinflusst wird.

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Spannung ist ein physikalischer Begriff aus der Elektrotechnik und beschreibt die treibende Kraft, die den elektrischen Strom in einem Stromkreis verursacht. Sie gibt an, wie viel Energie pro Ladungse... [mehr]

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Spannung ist ein physikalischer Begriff aus der Elektrotechnik und beschreibt die treibende Kraft, die den elektrischen Strom in einem Stromkreis verursacht. Sie gibt an, wie viel Energie pro Ladungseinheit zwischen zwei Punkten übertragen wird. Die Einheit der Spannung ist das Volt (V). Anschaulich kannst du dir Spannung wie den Höhenunterschied in einem Wassersystem vorstellen: Je größer der Unterschied, desto stärker „fließt“ das Wasser – beziehungsweise der Strom. In der Elektrotechnik wird die Spannung oft mit dem Buchstaben „U“ abgekürzt.

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Spannung und Strom hängen eng zusammen und sind Grundbegriffe der Elektrizitätslehre: - **Spannung (U)** ist der "Druck", der den elektrischen Strom durch einen Leiter treibt. Sie... [mehr]

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Spannung und Strom hängen eng zusammen und sind Grundbegriffe der Elektrizitätslehre: - **Spannung (U)** ist der "Druck", der den elektrischen Strom durch einen Leiter treibt. Sie wird in Volt (V) gemessen. - **Strom (I)** ist die Menge an elektrischer Ladung, die pro Sekunde durch einen Leiter fließt. Er wird in Ampere (A) gemessen. **Zusammenhang:** Je höher die Spannung, desto mehr Strom kann durch einen Leiter fließen – vorausgesetzt, der Widerstand bleibt gleich. Das beschreibt das **Ohmsche Gesetz**: **Formel:** U = R × I - U = Spannung (Volt) - R = Widerstand (Ohm) - I = Strom (Ampere) **Einfaches Beispiel:** Stell dir Spannung wie den Wasserdruck in einem Schlauch vor und Strom wie die Menge Wasser, die pro Sekunde durch den Schlauch fließt. Je höher der Druck (Spannung), desto mehr Wasser (Strom) fließt – wenn der Schlauch (Widerstand) gleich bleibt. **Fazit:** Spannung "treibt" den Strom an. Ohne Spannung fließt kein Strom. Der Strom hängt also direkt von der Spannung und dem Widerstand ab.

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Elektrischer Strom ist die Bewegung von winzig kleinen Teilchen, den Elektronen, durch einen Draht oder ein anderes Material. Man kann sich das wie einen Fluss vorstellen, in dem Wasser (die Elektrone... [mehr]

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Elektrischer Strom ist die Bewegung von winzig kleinen Teilchen, den Elektronen, durch einen Draht oder ein anderes Material. Man kann sich das wie einen Fluss vorstellen, in dem Wasser (die Elektronen) in eine Richtung fließt. Strom braucht immer einen geschlossenen Kreis, damit er fließen kann, zum Beispiel in einer Lampe oder einem Handy.

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Die freien Elektronen in Leitern stammen aus den Atomen des Materials selbst, meist aus den äußeren Elektronenschalen der Metallatome. In Metallen wie Kupfer oder Aluminium sind die Valenze... [mehr]

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Die freien Elektronen in Leitern stammen aus den Atomen des Materials selbst, meist aus den äußeren Elektronenschalen der Metallatome. In Metallen wie Kupfer oder Aluminium sind die Valenzelektronen (die Elektronen der äußersten Schale) nur schwach an den Atomkern gebunden. Dadurch können sie sich relativ frei durch das Metallgitter bewegen. Diese beweglichen Elektronen werden als "freie Elektronen" oder "Leitungselektronen" bezeichnet und ermöglichen den elektrischen Stromfluss im Leiter.

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Freie Elektronen sind Elektronen, die sich nicht fest an ein bestimmtes Atom oder Molekül gebunden befinden. Stattdessen können sie sich relativ frei innerhalb eines Materials bewegen. Beson... [mehr]

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Freie Elektronen sind Elektronen, die sich nicht fest an ein bestimmtes Atom oder Molekül gebunden befinden. Stattdessen können sie sich relativ frei innerhalb eines Materials bewegen. Besonders häufig spricht man in Metallen von freien Elektronen, da dort die äußersten Elektronen der Atome (Valenzelektronen) nicht mehr zu einem bestimmten Atom gehören, sondern sich als „Elektronengas“ durch das Metallgitter bewegen. Diese Beweglichkeit der freien Elektronen ist der Grund, warum Metalle elektrischen Strom so gut leiten können. Auch in Halbleitern und Plasmen gibt es freie Elektronen, allerdings unter anderen Bedingungen.

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Um die Leistung \( P \) zu berechnen, die an einem Widerstand abfällt, kannst du folgende Formeln verwenden: 1. \( P = U \cdot I \) (Spannung mal Strom) 2. \( P = I^2 \cdot R \) (Strom zum Quadr... [mehr]

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Um die Leistung \( P \) zu berechnen, die an einem Widerstand abfällt, kannst du folgende Formeln verwenden: 1. \( P = U \cdot I \) (Spannung mal Strom) 2. \( P = I^2 \cdot R \) (Strom zum Quadrat mal Widerstand) 3. \( P = \frac{U^2}{R} \) (Spannung zum Quadrat durch Widerstand) Gegeben: - Widerstand \( R = 0{,}05\,\Omega \) - Spannung \( U = 15\,V \) - Strom \( I = 7{,}5\,A \) **Berechnung mit \( P = U \cdot I \):** \( P = 15\,V \cdot 7{,}5\,A = 112{,}5\,W \) **Berechnung mit \( P = I^2 \cdot R \):** \( P = (7{,}5\,A)^2 \cdot 0{,}05\,\Omega = 56,25 \cdot 0,05 = 2,8125\,W \) **Berechnung mit \( P = \frac{U^2}{R} \):** \( P = \frac{(15\,V)^2}{0,05\,\Omega} = \frac{225}{0,05} = 4.500\,W \) **Erklärung:** Die drei Ergebnisse unterscheiden sich, weil die Werte für Spannung und Strom nicht zu dem angegebenen Widerstand passen (nach dem Ohmschen Gesetz: \( U = R \cdot I \)). Mit \( R = 0,05\,\Omega \) und \( I = 7,5\,A \) ergibt sich eine Spannung von \( U = 0,05 \cdot 7,5 = 0,375\,V \), nicht 15 V. **Korrekte Leistung am Widerstand:** Verwende die Werte, die zum Widerstand passen, also \( R = 0,05\,\Omega \) und \( I = 7,5\,A \): \( P = I^2 \cdot R = (7,5)^2 \cdot 0,05 = 56,25 \cdot 0,05 = 2,8125\,W \) **Antwort:** An dem Widerstand von 0,05 Ohm bei 7,5 A fällt eine Leistung von **2,81 W** ab (gerundet auf zwei Nachkommastellen).

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Stromstärke und Spannung sind grundlegende Begriffe in der Elektrotechnik. **Stromstärke** (I) ist ein Maß für die Menge an elektrischer Ladung, die pro Zeiteinheit durch einen L... [mehr]

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Stromstärke und Spannung sind grundlegende Begriffe in der Elektrotechnik. **Stromstärke** (I) ist ein Maß für die Menge an elektrischer Ladung, die pro Zeiteinheit durch einen Leiter fließt. Sie wird in Ampere (A) gemessen. Eine höhere Stromstärke bedeutet, dass mehr Elektronen durch den Leiter fließen. Die Stromstärke kann durch die Formel I = Q/t berechnet werden, wobei Q die elektrische Ladung in Coulomb und t die Zeit in Sekunden ist. **Spannung** (U), auch als elektrische Potentialdifferenz bezeichnet, ist der Unterschied im elektrischen Potential zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis. Sie wird in Volt (V) gemessen. Spannung ist notwendig, um den elektrischen Strom zum Fließen zu bringen. Die Beziehung zwischen Spannung, Stromstärke und Widerstand wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben: U = I * R, wobei R der Widerstand in Ohm (Ω) ist. Zusammengefasst: Die Stromstärke gibt an, wie viel Strom fließt, während die Spannung angibt, wie stark der Antrieb für diesen Stromfluss ist.