Lektion 08

Strom im Haushalt

Leistung und Typenschild, Kilowattstunden, Stromkosten, Sicherung und Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter)

PhysikPrüfungsrelevantca. 50 Min.Adaptiver Trainer

In 30 Sekunden

Auf dem Typenschild des Föhns: $230 V$ und $2000 W$ . Die Leistung in Watt sagt, wie viel Energie er pro Sekunde bezieht.

Nach dieser Lektion

Du liest ein Typenschild und rechnest mit $P = U \cdot I$ .
Du berechnest die Energie in Kilowattstunden mit $E = P \cdot t$ .
Du berechnest, was ein Gerät pro Tag oder pro Jahr kostet.
Du erklärst, wann eine Sicherung abschaltet und wie der FI-Schalter Menschen schützt.

An der Prüfung: Leistung, Kilowattstunden und Kosten sind typische Rechenaufgaben, Sicherung und FI-Schalter typische Erklärfragen. Physik ist an der FMS kein Fach der Abschlussprüfung: Die Note kommt aus den Prüfungen in der Klasse.

Schritt 2

Entdecken

Verschieb die Regler und löse die Aufträge. Achte darauf, was sich im Bild ändert; die Formel zeigt dir, warum.

true

Strompreis angenommen: 0,25 CHF pro kWh.

Pro Jahr: $365$ -mal die Energie eines Tags. Kosten: Energie in kWh mal $0, 25$ CHF (angenommen).

Leistung

P

Betrieb pro Tag

t

$Energie pro Tag$

0,24kWh

$Energie pro Jahr$

87,6kWh

$Kosten pro Jahr$

21,90CHF

Pro Jahr: $365$ -mal die Energie eines Tags. Kosten: Energie in kWh mal $0, 25$ CHF (angenommen).

Strompreis angenommen: 0,25 CHF pro kWh.

Aufträge

0 von 3 geschafft

Finde eine Einstellung mit genau $1 kWh$ pro Tag.
(offen)
Ein Gerät mit $2000 W$ : Lass es täglich laufen, aber so, dass es im Jahr weniger als CHF 20 kostet.
(offen)
Standby: $2 W$ rund um die Uhr. Was kostet das im Jahr?
(offen)

Entdecke:

Vergleiche Föhn und Lampe: Der Föhn hat $250$ -mal so viel Leistung, läuft aber nur kurz. Was im Jahr zählt, ist Leistung mal Zeit. Stell dann ein kleines Gerät auf $24 h$ : So wirkt Standby.

Schritt 3

Verstehen

Das Wichtigste auf einen Blick.

1Leistung und Typenschild

P = U \cdot I

Geräte brauchen Energie zum Heizen, Leuchten und Bewegen. Die Leistung $P$ in Watt (W) sagt, wie viel pro Sekunde.
Das Typenschild am Gerät nennt Spannung und Leistung. Umgestellt: $I = \frac{P}{U}$ .
$1$ Kilowatt: $1 kW = 1000 W$ .

Ein Föhn mit seinem Typenschild: $230 V$ und $2000 W$ .

MerkeViel Leistung bei gleicher Spannung heisst viel Strom.

2300 W = 230 V \cdot 10 A

Ein Wasserkocher braucht viel Energie zum Heizen: $2300 W$ .
Typenschild: $230 V$ , $2300 W$ . Also $I = 2300 W : 230 V = 10 A$ .
$2300 W = 2, 3 kW$ .

Umgestellt: $I = 2300 W : 230 V = 10 A$ .

MerkeViel Leistung bei gleicher Spannung heisst viel Strom.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Leistung und Typenschild», Schritt 4

2Kilowattstunden

E = P \cdot t

Die Energie $E$ , die ein Gerät bezieht, ist Leistung mal Zeit.
Mit $P$ in kW und $t$ in Stunden (h) kommt $E$ in Kilowattstunden (kWh).
$1 kWh$ : $1000 W$ während $1 h$ . Es gilt $1 kWh = 1000$ Wattstunden (Wh).

$2 kW$ während $0, 5 h$ : Fläche $2 \cdot 0, 5 = 1 kWh$ .

MerkekW mal h gibt kWh. Minuten zuerst in Stunden umrechnen.

E = 2 kW \cdot 0, 25 h = 0, 5 kWh

Ein Föhn mit $2000 W = 2 kW$ läuft eine Viertelstunde.
$15 min = 0, 25 h$ , also $E = 0, 5 kWh$ .
$0, 5 kWh = 500$ Wattstunden (Wh).

Fläche: $2 \cdot 0, 25 = 0, 5 kWh$ .

MerkekW mal h gibt kWh. Minuten zuerst in Stunden umrechnen.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Kilowattstunden», Schritt 4

3Verbrauch und Kosten

Kosten = E \cdot Preis pro kWh

Der Preis pro kWh steht auf der Stromrechnung. Hier angenommen: $0, 25$ CHF pro kWh.
Pro Jahr: Energie eines Tags mal $365$ .
Auch kleine Leistungen kosten, wenn sie Tag und Nacht laufen (Standby: Gerät aus, aber bereit).

Kühlschrank36,50 CHF pro Jahr

Kühlschrank: $0, 4 kWh$ pro Tag, $146 kWh$ im Jahr, CHF $36, 50$ .

MerkeKosten = kWh mal Preis. Rund um die Uhr läppert sich auch wenig.

146 kWh \cdot 0, 25 CHF = 36, 50 CHF

Ein Kühlschrank braucht etwa $0, 4 kWh$ pro Tag.
Pro Jahr: $0, 4 kWh \cdot 365 = 146 kWh$ .
Bei $0, 25$ CHF pro kWh kostet er CHF $36, 50$ im Jahr.

Kühlschrank36,50 CHF pro Jahr

Föhn, 10 min pro Tag30,42 CHF pro Jahr

Standby, 2 W4,38 CHF pro Jahr

Standby, $2 W$ Tag und Nacht: $17, 5 kWh$ im Jahr, CHF $4, 38$ .

MerkeKosten = kWh mal Preis. Rund um die Uhr läppert sich auch wenig.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Kilowattstunden», Schritt 4

4Sicherung und FI-Schalter

Schutz		schaltet ab, wenn
	→	$zu viel Strom fliesst$
	→	$Strom falsch abfliesst$

Die Sicherung schützt die Leitungen: Zu viel Strom macht sie heiss, es könnte brennen. Ein Kurzschluss (Verbindung ohne Gerät) gibt riesig viel Strom.
Der FI-Schalter (Fehlerstrom-Schutzschalter) schützt Menschen: Fehlen auf dem Rückweg schon $0, 03 A$ , schaltet er in Sekundenbruchteilen ab.
Schon wenige hundertstel Ampere durch den Körper sind gefährlich: Nie an Steckdosen basteln, kaputte Kabel nicht benutzen, Strom und Wasser trennen.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Die Leitung von der Quelle zu einem Gerät: hin oben, zurück unten.

Die Sicherung schaltet ab, bevor die Leitung heiss wird.

Hin $0, 53 A$ , zurück $0, 50 A$ : Der FI-Schalter schaltet sofort ab.

MerkeDie Sicherung schützt die Leitung, der FI-Schalter den Menschen.

Schutz		schaltet ab, wenn
	→	$zu viel Strom fliesst$
	→	$Strom falsch abfliesst$

An einer Leitung mit Sicherung $10 A$ gehen höchstens $230 V \cdot 10 A = 2300 W$ .
Wasserkocher und Föhn mit je $2000 W$ : $4000 W : 230 V \approx 17, 4 A$ . Die Sicherung schaltet ab.
Ein Föhn fällt ins volle Lavabo: Der FI-Schalter merkt, dass auf dem Rückweg Strom fehlt, und schaltet in Sekundenbruchteilen ab.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Der FI-Schalter vergleicht den Strom hin und zurück.

Die Sicherung schaltet ab, bevor die Leitung heiss wird.

Hin $0, 53 A$ , zurück $0, 50 A$ : Der FI-Schalter schaltet sofort ab.

MerkeDie Sicherung schützt die Leitung, der FI-Schalter den Menschen.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Sicherung und FI-Schalter», Schritt 4

Im Alltag

Wo dir das ausserhalb der Schule begegnet.

Föhn

Ein Föhn mit $2000 W$ läuft jeden Tag $10$ Minuten.

Ein Föhn mit $2000 W$ , jeden Tag $10$ Minuten: Das sind rund $0, 33 kWh$ pro Tag und gut $120 kWh$ im Jahr, etwa CHF 30.

Rechenzentrum

Ein Rechenzentrum bezieht $1000 kW$ , Tag und Nacht (angenommen).

Ein Rechenzentrum ist ein Gebäude voller Computer, die Dienste wie Chat, Suche und Videos betreiben. Mit $1000 kW$ (angenommen) braucht es im Jahr so viel wie etwa $1950$ Haushalte mit je $4500 kWh$ .

Wasserkocher

Ein Wasserkocher mit $2000 W$ kocht einen Liter Wasser.

Ein Wasserkocher mit $2000 W$ bringt einen Liter Wasser in etwa $3$ Minuten zum Kochen. Das sind $0, 1 kWh$ , also $2, 5$ Rappen.

Ladegerät

Ein Handy mit fast leerem Akku, er fasst $15 Wh$ .

Ein Ladegerät liefert $5 V$ und $2 A$ , also $P = U \cdot I = 10 W$ . Ein Handy-Akku mit $15 Wh$ ist so in etwa $1, 5 h$ voll.

Schritt 4

Musterbeispiele

Zu jeder Karte aus «Verstehen» ein Beispiel. Deck Schritt für Schritt auf und überlege dir jeden Schritt zuerst selbst.

Musterbeispiel

a) Auf dem Typenschild eines Staubsaugers steht $230 V$ und $1200 W$ . Welcher Strom fliesst durch ihn? b) Auf einem Handy-Ladegerät steht: $5 V$ , $2 A$ . Welche Leistung hat es?

Staubsauger: P = 1200 W, U = 230 V

Tippe oder wische auf der Grafik für den nächsten Schritt.

1
a) Gegeben, gesucht
Überlege zuerst selbst: Wie würdest du diesen Schritt machen?
2
a) Einsetzen
…
3
b) Leistung
…

Typische Fehler

✗
Watt und Kilowatt mischen: Für kWh die Leistung zuerst in kW umrechnen ( $2000 W = 2 kW$ ).
✗
Minuten direkt einsetzen: $15 min = 0, 25 h$ , nicht $15 h$ .
✗
Die Sicherung schützt nicht vor einem Stromschlag: Das macht der FI-Schalter.

Prüfungstipp

Schreib bei Energieaufgaben zuerst $P$ in kW und $t$ in h auf. Dann $E = P \cdot t$ in kWh, zuletzt mal den Preis.

Schritt 5

Üben

Unendlich viele Aufgaben. Nach drei richtigen in Folge wird es schwerer, bei Fehlern wieder leichter. Hinweise bekommst du schrittweise, nicht sofort die ganze Lösung.

Schritt 6

Prüfungsniveau

Aufgaben mit mehreren Teilaufgaben und Punkten, aufgebaut wie eine Klassenprüfung. Du siehst sie mit einem kostenlosen Konto.

Hilfsmittel: Taschenrechner und Formelsammlung.

3 Aufgaben auf Prüfungsniveau

Mikrowelle
Sicher und sparsam
Rechenzentrum im Quartier

Mit einem Gratis-Konto siehst du die Aufgaben. Lösungswege gibt es im Abo.

Gratis-Konto erstellen

Schritt 7

Selbstcheck: Wie sicher bist du?

Sei ehrlich zu dir. Nur so zeigen wir dir, was du als Nächstes üben solltest.

Du liest ein Typenschild und rechnest mit $P = U \cdot I$ .
Du berechnest die Energie in Kilowattstunden mit $E = P \cdot t$ .
Du berechnest, was ein Gerät pro Tag oder pro Jahr kostet.
Du erklärst, wann eine Sicherung abschaltet und wie der FI-Schalter Menschen schützt.

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Schritt 8

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