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Elektrische Energie

Taschenlampe, Wasserkocher, Stromrechnung — hier rechnest du mit echten Geräten.

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Aufgabenblock — AFB II

Zehn Sachaufgaben aus allen Kapiteln des Themas: erst die Situation übersetzen, dann in mehreren Schritten rechnen — mit gestuften Tipps, wenn du nicht weiterkommst.

A1
Taschenlampe
AFB II

Deine Taschenlampe zieht die Stromstärke I = 0,3 A. Du lässt sie t = 5 min lang brennen.

a) Berechne die Ladung Q, die durch das Lämpchen fließt. b) Eine LED würde dieselbe Ladung bei I = 0,02 A transportieren. Berechne, wie lange sie dafür leuchtet.

C
s
Ansatz: Rechne die Zeit erst in Sekunden um, dann Q = I · t. Für b) stellst du nach t um: t = Q / I.
Rechenweg: t = 5 min = 5 · 60 s = 300 s; Q = 0,3 A · 300 s = 90 C. b) t = 90 C : 0,02 A.
Lösung: a) Q = 90 C b) t = 4500 s (das sind 75 min)
Vollständige Lösung
t = 5 · 60 s = 300 s. Q = I · t = 0,3 A · 300 s = 90 C. b) t = Q / I = 90 C : 0,02 A = 4500 s. Antwort: Es fließen 90 C; die LED leuchtet damit 4500 s, also 75 min. Hinweis: Genau deshalb halten LED-Taschenlampen mit derselben Batterie so viel länger.
A2
Handy laden
AFB II

Ein Ladegerät liefert die Stromstärke I = 1,5 A und lädt t = 2 h lang.

a) Berechne die Ladung Q in Coulomb. b) Berechne, wie lange dieselbe Ladung bei nur I = 0,5 A dauern würde — in Stunden.

C
h
Ansatz: 2 h in Sekunden umrechnen, dann Q = I · t. Für b) t = Q / I und das Ergebnis zurück in Stunden.
Rechenweg: t = 2 · 3600 s = 7200 s; Q = 1,5 A · 7200 s = 10 800 C. b) t = 10 800 C : 0,5 A = 21 600 s.
Lösung: a) Q = 10 800 C b) t = 6 h
Vollständige Lösung
t = 2 h = 7200 s. Q = I · t = 1,5 A · 7200 s = 10 800 C. b) t = Q / I = 10 800 C : 0,5 A = 21 600 s = 6 h. Antwort: Es fließen 10 800 C, mit 0,5 A dauert es 6 h. Hinweis: Häufigster Fehler: die Stunden stehen lassen — Q kommt sonst um den Faktor 3600 zu klein heraus.
A3
Wasserkocher
AFB II

Ein Wasserkocher hat die Leistung P = 2000 W und läuft t = 3 min.

a) Berechne die übertragene Energie E in Joule. b) Gib dieselbe Energie in Kilowattstunden an.

J
kWh
Ansatz: Zeit in Sekunden, dann E = P · t. Für b) durch 3 600 000 J teilen, denn 1 kWh = 3 600 000 J.
Rechenweg: t = 180 s; E = 2000 W · 180 s = 360 000 J. b) 360 000 J : 3 600 000 J = 0,1.
Lösung: a) E = 360 000 J b) E = 0,1 kWh
Vollständige Lösung
t = 3 min = 180 s. E = P · t = 2000 W · 180 s = 360 000 J. b) 360 000 J : 3 600 000 J = 0,1 kWh. Antwort: Der Kocher überträgt 360 000 J, also 0,1 kWh. Hinweis: Auf der Stromrechnung steht immer kWh, nie Joule.