Stromkreis und Lampenschaltungen

Strom kann nur in einem geschlossenen Stromkreis fließen. Der Ladungsüberschuss an Elektronen auf der Plusseite der Batterie möchte sich zur Minusseite ausgleichen. Das geht nur, wenn zwischen beiden Polen eine leitende Verbindung besteht.

Wenn diese Verbindung maximal leitend ist, spricht man von einem Kurzschluss. Der Ladungsüberschuss gleicht sich sehr schnell aus, die Batterie wird schnell leer und bei hochenergetischen Stromquellen (z.B. Autobatterie, Haushaltsstromnetz) können dabei extrem hohe Temperaturen entstehen! Gefahr!

Wenn diese Verbindung über weniger leitfähige Materialien erfolgt, spricht man von einem Widerstand. Dieser kann in Form eines Leuchtdrahtes in einer Lampe sein, oder ein Motor in einem Antrieb, oder sonst irgendein Verbraucher. Abhängig von dessen Stromaufnahme wird dieser Widerstand ebenfalls warm bis heiß!

Wenn diese Verbindung über nicht leitfähige Materialien erfolgt, spricht man von einer Unterbrechung. Dies kann ein Isolator sein, oder eine offene (Schalter) oder fehlende Verbindung.

Aufgabe: Baue einen geschlossenen Stromkreis mit mindestens einem Verbraucher. Achte darauf, dass mindestens ein Verbraucher im Stromkreis ist, z.B. eine Lampe. Niemals darf der Stromkreis direkt oder über einen Schalter kurzgeschlossen werden!



Variante: Versetze den Schalter oder Taster beliebig im Stromkreis. Du wirst feststellen, dass es unerheblich ist, WO der Stromkreis unterbrochen ist, um die Lampe erlöschen zu lassen. Jeder Unterbrechung führt dazu, dass der Strom nicht mehr fließen kann. Zum Stromfluss - und damit zur Wirkung des elektrischen Stroms - gehört daher immer der in sich geschlossene Kreis, damit die Elektronen zur Stromquelle zurück fließen können.

Aufgabe 1: Baue eine Schaltung mit zwei Lampen, die abwechselnd leuchten sollen, also eine Umschaltung.

Aufgabe 2: Ergänze die Umschaltung um die Möglichkeit, alles ganz ausschalten zu können.



Beschreibung: Bei der ersten Aufgabe handelt es sich um eine einfache Umschaltung mit einem Wechselschalter. An der Polklemme (Eingang) liegt "Plus" an, an den Ausgängen die Lampen 1 + 2. Diese sind gemeinsam am "Minus"-Pol vom Batteriekasten angeschlossen.

Bei der zweiten Aufgabe wird einfach ein Ausschalter in Reihe zur Stromversorgung geschaltet. Als Variante kann man die Kinder ausprobieren lassen, den Ausschalter auch an anderer Stelle einzubauen, z.B. in den Pluspol-Zweig - dort hat er dieselbe Wirkung. Wird er hingegen zwischen die beiden Lampen gesetzt, werden die Kinder feststellen, dass nur eine Lampe ganz ausgeschaltet werden kann

Von zwei Stellen eines Raumes soll eine Lampe beliebig ein- und wieder ausgeschaltet werden können (sog. Schlafzimmer-Schaltung). Also wenn man z.B. an der einen Stelle die Lampe einschaltet, soll man sie von der anderen Stelle wieder ausschalten können. Und umgekehrt.



Beschreibung: An beiden Schaltern liegen jeweils beide Potentiale der Stromversorgung an, und zwar an den "Ausgängen" der Schalter. Damit ist sichergestellt, dass es keine Schalterstellung gibt, welche die beiden Potentiale der Stromversorgung miteinander verbindet (Kurzschluss!!!). Der "Eingang" des Schalters (Polklemme) schaltet nun zwischen den beiden Potentialen hin und her.

Schließt man nun eine Lampe zwischen den beiden Polklemmen der beiden Schalter an, dann leuchtet die Lampe nur, wenn beide Schalter auf jeweils unterschiedliche Potentiale geschaltet sind, also einer auf das Plus- und der andere auf das Minus-Potential. Stehen sie beide auf demselbem Potential, kann die Lampe nicht leuchten.

In der Parallelschaltung liegen zwei (oder mehrere) Verbraucher nebeneinander an derselben Stromquelle. Alle liegen zusammen am Pluspol und zusammen am Minuspol der Stromquelle an - erhalten also parallel und unabhängig voneinander stets die volle Versorgungsspannung.
Wenn nun einer der Verbraucher entfernt wird, hat das normalerweise auf die übrigen keine Auswirkung, sie bleiben normalerweise gleich hell. Hier jedoch kann es zu Helligkeitsunterschieden kommen - das liegt aber daran, dass die Batterien nicht sehr leistungsstark sind, und bei mehr oder weniger Lampen sich die abgegebene Spannung ändert. Bei einer konstanten Spannung, wie z.B. im Haushaltsstromnetz, ändert sich an den übrigen parallel geschalteten Lampen nichts, wenn man eine davon herausdreht oder weitere hinzufügt.

In der Reihenschaltung ist das anders! Hier bekommt jeder Verbraucher nur das ab, was der vorhergehende übrig lässt. Der Strom teilt sich also durch die Anzahl der hintereinander geschalteten Verbraucher auf - je mehr es sind, desto weniger Strom bleibt für jeden einzelnen. Bei gleich starken Lampen werden auch alle gleich dunkler, nur wenn die Lampen unterschiedlich leistungstark sind, ergeben sich auch unterschiedliche Helligkeiten. Und da in der Reihenschaltung jeder Verbraucher Bestandteil des in sich geschlossenen Stromkreises ist, bedeutet das Entfernen auch nur eines der Verbraucher, dass der ganze Stromkreis dann unterbrochen ist und alle Lampen dann mit ausgehen.

Variante: Überbrücke mal eine Lampe in der Reihenschaltung - Du wirst sehen, dass dann die andere heller leuchtet. Dass darfst Du aber NICHT in der Parallelschaltung versuchen, weil das dann einen direkten Kurzschluss der Batterie zur Folge hat.