Erste Versuche mit einfachen Stromkreisen

Was passiert beim Kurzschluss?

Im Abschnitt Serielle und parallele Schaltungen werden für das gemeinsame Experimentieren Batterien als Spannungsquelle verwendet. Die DIY-3 V Batterie besteht aus zwei 1,5 V Zellen.

Du weißt aus Erfahrung bestimmt, dass Batterien einen Plus- und einen Minus-Pol besitzen. Der einfachste (aber sinnloseste) Stromkreis entsteht, wenn die Pole der Batterie direkt mit einem Leiter verbunden werden. Diesen sehr kurzen Stromkreis nennt man Kurzschluss.

Positioniere die zusätzliche Verbindung so, dass ein Kurzschluss entsteht!

Beim Kurzschluss kann die chemische Reaktion in der Batterie sehr schnell ablaufen, weil kein Widerstand den Fluss der Elektronen stört. Da bei der Reaktion auch Wärme frei wird, wird die Batterie dabei immer wärmer. Wenn man die Temperatur bei chemischen Reaktionen erhöht, erhöht sich auch die Reaktionsgeschwindigkeit. Dadurch läuft alles immer schneller ab, es entsteht noch mehr Wärme und die Batterie ist innerhalb kurzer Zeit entladen und damit wertlos. Bei diesen kleinen Batterien ist das relativ harmlos.

Das ändert sich bei höheren Spannungen. Hier können beim Zustandekommen eines Kurzschlusses (oder sogar kurz vorher) Funken überschlagen, die Brände verursachen können. Wenn in der Schule oder zu Hause ein elektrischer Kurzschluss an einer 230 V Steckdose auftritt, unterbricht die Sicherung den Stromkreis sofort. Die bei 230 V auftretenden Kurzschlussströme sind so stark, dass sie die Stromleitungen in der Wand zum Glühen bringen können.

Stromstärke bei einem Kurzschluss

Finde in der Simulation heraus, wie hoch die Stromstärke beim Betrieb einer Glühbirne und bei Kurzschluss wird! Probier bei der Batterie verschiedene Spannungseinstellungen (1,5 V; 9 V; 120 V) aus! Die Spannung lässt sich durch Anklicken der Batterie ändern.

Serielle und parallele Schaltungen

Wenn mehr als eine LED (oder Glühbirne) in einem Stromkreis vorkommen, gibt es zwei Möglichkeiten, wie sie eingebaut werden können: hintereinander (seriell) oder nebeneinander (parallel). Den seriellen Stromkreis kann man sich als Perlenkette vorstellen, den parallelen als Strickleiter.

Versuche diese serielle und parallele Schaltung mit Glühbirnchen in der Simulation nachzubauen! Stelle 3 V bei der Batterie ein! Durch Doppelklick auf die Batterie erhältst du die Möglichkeit die Spannung zu verändern.

Miss die Spannung sowie die Stromstärke der beiden Versuchsanordnungen! Was fällt dir auf?

Antwort überprüfen

Bei der seriellen Schaltung leuchten die Glühbirnen weniger hell, da jede Glühbirne nur 1,5 V und 0,15 A zur Verfügung hat.

Spannungs- und Stromstärkemessung

Beim Messen der Spannung wird der „elektrische Höhenunterschied“ vor und nach der Glühbirne gemessen. Man nutzt das Messgerät in paralleler Schaltung zur Glühbirne. Das Messgerät hat dabei einen sehr hohen Widerstand, um die Messung möglichst wenig zu beeinflussen.

Beim Messen der Stromstärke, wird die Intensität der Elektronenströmung gemessen: Man misst, wie viele Ladungen pro Zeiteinheit sich durch den Leiter bewegen. Hier muss der gesamte Strom möglichst ungehindert durch das Messgerät fließen können. Es wird daher seriell in den Stromkreis eingebaut und muss möglichst geringen Widerstand haben.

Schaltungen im Haushalt

Im Stromnetz ist daher alles parallel geschaltet – die einzelnen Steckdosen, Licht, die Geräte im Haushalt, Wohnungen und ganze Häuser. Nur so wird durch Einschalten oder Abschalten von Geräten die Funktion der anderen Geräte nicht beeinflusst.

Schaltsymbole

Zur grafischen Darstellung eines Stromkreises kann ein Schaltplan gezeichnet werden. Dafür nutzt man üblicherweise bestimmte Symbole, damit der Schaltplan auch von anderen Menschen verstanden wird. Diese Symbole sind genormt.

Kannst du erraten, welches Symbol was bedeutet und durch Hinziehen zuordnen?

Symbol	Bauteil
	Leiter
	Leiterverbindung
	Batterie
	Glühlampe
	LED
	Schalter
	Widerstand
	Widerstand veränderbar
	Kondensator
	Transistor
	Spule