ReihenschaltungStromBasiswissenElektrischen Strom kann man sich aus Stromteilchen vorstellen, die durch eine elektrische Leitung fließen. Die Teilchen fließen dabei gemeinsam in derselben Richtung. Führt das Ende der Leitung wieder zum Anfang der Leitung zurück, spricht man von einem Stromkreis. Der einfachste Fall ist die Reihenschaltung. Zusammenfassung◦ Die Stromstärke I (Amperezahl) ist an allen Stellen zur selben Zeit immer gleich groß. ◦ Die Spannung U (Voltzahl) ist dort am größten, wo auch die stärksten Verbraucher (Widerstände) sind. In Reihe heißt: alles hintereinanderMan betrachtet die Stromleitung: solange die Stromteilchen immer in dieselbe Richtung durch die Leitung gedrückt werden, fließt ein elektrischer Strom. Stromteilchen drücken kann zum Beispiel eine Batterie. Man spricht von einer Strom- oder auch Spannungsquelle. Nun kann man in den Stromkreis Dinge einbauen, die den Stromfluss bremsen. In der Fachsprache heißen sie Verbraucher. Solche Verbraucher können zum Beispiel Glühlampen, Elektromotoren oder Heizstäbe sein. Liegen die Verbraucher alle hintereinander, sind sie in Reihe geschaltet. Dieselben Stromteilchen fließen nacheinander durch alle Verbraucher. Die Stromstärke: an allen Punkten gleichDie Stromstärke I (Amperezahl) betrachtet man immer an einem festen Punkt: sie sagt anschaulich gesprochen wie viele Stromteilchen, meistens Elektronen, in einer bestimmten Zeit an einer bestimmten Stelle vorbeikommen. Je mehr Teilchen zum Beispiel in einer Sekunde an einer Stelle vorbeifließen, desto größer ist dort die Stromstärke. Bei einem Stromkreis in Reihenschaltung ist die Stromstärke zu einem festen Zeitpunkt an allen Stellen immer gleich groß. An allen Stellen fließen in derselben Sekunde also auch immer gleich viele Teilchen vorbei. Die Spannung: streckenweise unterschiedlichDie Spannung U (Voltzahl) gilt immer für eine Strecke zwischen zwei Punkten: sie kann auf drei Weisen gedeutet werden: sie gibt a) einmal an, wie stark die Stromteilchen gedrückt vom ersten Punkt Richtung zweiten Punkt gedrückt werden. Sie sagt b) aber auch, wie viel Arbeit oder Energie jedes einzelne Stromteilchen zwischen den zwei Punkten abgibt (oder aufnimmt). Und c) drittens kann sie im Wassermodell des Stroms als Höhenverlust des Wassers gedeutet werden. Teilt man den gesamten Stromkreis in verschiedene Strecke auf die sich nahtlos aneinanderreihen, dann kann man für jede Strecke einzeln angeben, wie groß die Spannung zwischen dem Streckenanfang und dem Streckenende ist. Sind in dem Stromkreis elektrische Verbraucher, also Widerstände, eingebaut, dann ist die Spannung auf einer bestimmten Strecke umso größer, je mehr Widerstand der Verbraucher dem Strom dort entgegensetzt.  Show
Neues Stichwort suchen:© Lernwerkstatt Aachen GbR, 2010-2022 Impressum & Kontakt Ob Handy, Spielekonsole oder Computer – all das funktioniert nur mit Strom. Doch wie gelangt der Strom von der Steckdose in ein Gerät und was ist nötig, damit es mithilfe des Stroms funktionieren kann? Hierfür sind spezielle Schaltkreise nötig. Reihenschaltung – DefinitionEine Reihenschaltung, oft auch Serienschaltung genannt, ist ein Hintereinanderschalten von elektrischen Bauteilen, wie zum Beispiel Kondensatoren oder Widerständen. Wichtige Grundgrößen einer ReihenschaltungFür das Verständnis der Reihenschaltungen sind die folgenden Grundgrößen von Bedeutung: Elektrische SpannungDie elektrische Spannung U ist eine Grundgröße der Elektrotechnik und der Elektrodynamik in der Physik. Die elektrische Gesamtspannung U ist der Antrieb des elektrischen Stroms I und entsteht immer dann, wenn getrennte Ladungen existieren. Sie ist der Antrieb für die Bewegung von Ladungen zwischen zwei Punkten im Leiter. Gemessen wird die elektrische Spannung U in Volt (V). Der Artikel zur elektrischen Spannung hält noch weitere Informationen dazu parat. Elektrischer StromSpannung erzeugt Strom. Angenommen, Du verbindest die beiden unterschiedlich geladenen Pole auf eine Art leitend miteinander. Die negative Ladung (Elektronen) in einem Leiter, zum Beispiel ein Kabel, würde zum Pluspol wandern. Auf diese Weise entsteht ein elektrischer Strom I durch den Leiter. Ein elektrischer Strom I ist ein gerichteter Fluss von elektrischen Ladungen. Gemessen wird der Strom in der Einheit Ampère (A). Für mehr Infos zum elektrischen Strom kannst Du Dir den Artikel dazu anschauen! Ohmsches GesetzDas Ohmsche Gesetz dient zur Berechnung des Verhältnisses zwischen den drei physikalischen Größen Spannung U, Strom I und Widerstand R. Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke in einem Schaltkreis. Der Zusammenhang besteht darin, dass bei konstanter Temperatur die elektrische Stromstärke I in einem Leiter proportional zur anliegenden Spannung U ist. Hier wird der Proportionalitätsfaktor R als elektrischer Widerstand bezeichnet. Das Ohmsche Gesetz zeigt, wie die Spannung und der Strom zusammenhängen. Verdoppelst Du in einer Reihenschaltung, bei dem der Widerstand unverändert bleibt, die Spannung, so verdoppelt sich auch der Strom. Verringerst Du die Spannung um die Hälfte, so verringert sich auch der Strom um die Hälfte. Dieses Wissen hilft Dir später beim Umgang mit Reihen- oder Parallelschaltungen. Fühlst Du Dich noch nicht ganz fit beim Ohmschen Gesetz? Kein Problem, Du kannst dir dazu den entsprechenden Artikel anschauen! Reihenschaltung von WiderständenEin elektrischer Widerstand ist etwa eine Lampe oder verschiedene Messgeräte. Beispielsweise könnte man einen Widerstand nutzen, um den fließenden elektrischen Strom I und die Spannung U zu begrenzen oder in einer Schaltung aufzuteilen. Das einfachste Beispiel einer Reihenschaltung ist die Lichterkette. Bei einer Lichterkette sind identische Lämpchen in Reihe geschaltet. In der Kette teilt sich die Netzspannung, die aus der Steckdose kommt, auf alle Lämpchen auf. Wenn jedoch ein Lämpchen kaputtgeht, kann die ganze Kette ausgehen oder die restlichen Lämpchen überlasten. Die Funktion eines Bauteils ist also immer relevant für die Funktion der restlichen Bauteile. Ein weiteres Beispiel für eine Reihenschaltung ist eine Alarmanlage. Hier werden verschiedene Schaltkreise in Reihe geschaltet und bilden eine sogenannte "Alarmschleife." Sobald ein Kontakt dieser Schleife unterbrochen wird, löst die Alarmanlage aus. Genau wie bei der Lichterkette wird bei der Alarmanlage die Eigenschaft ausgenutzt, dass der Stromkreis unterbrochen wird, sobald ein Verbraucher "defekt" ist beziehungsweise ein Kontakt unterbrochen wird. Abb. 1 - Reihenschaltung von Widerständen. In der Abbildung 1 siehst Du ein Beispiel für eine Reihenschaltung zweier Widerstände. Es liegt eine Spannung U an, die dafür sogt, dass ein Strom I fließt. Der Strom fließt hier durch die beiden Widerständeundund anschließend zurück, sodass sich ein geschlossener Kreislauf ergibt. Bei einer Reihenschaltung sind die Spannungsquelle und Verbraucher hintereinander, in Reihe, angeschlossen. Die Schaltung in Reihe sorgt dafür, dass alle im Stromkreis vorhandenen Verbraucher der gleiche Strom durchläuft, sich die anliegende Gesamtspannung jedoch aufteilt. Strom in einer Reihenschaltung von WiderständenFließt ein Strom in einen normalen Widerstand, dann fließt der gleiche Strom auch wieder heraus. Für den Strom in einer Reihenschaltung von Widerständen kannst Du also folgendes festlegen: In einer Reihenschaltung ist der Strom I durch jeden Widerstand gleich: Wie sieht es mit der Spannung aus? Spannung in einer Reihenschaltung von WiderständenDas Ohmsche Gesetz ist auf die Reihenschaltung anwendbar. Das heißt, es gilt: Am Widerstand R liegt eine Spannung U an und der Strom I fließt durch ihn hindurch. Die Widerständebissind unterschiedlich. Der Strom I bleibt gleich. Für die Spannung bedeutet das: Am ersten Widerstandliegt die Spannungan, am zweiten Widerstanddie Spannungusw. bis zum n-ten Widerstand die Spannung. Es ergibt sich also für die Gesamtspannung U einer Reihenschaltung: In einer Reihenschaltung addieren sich die einzelnen Teilspannungenbisüber den Einzelwiderständen zur Gesamtspannung U: In einer Reihenschaltung liegen an unterschiedlichen Widerständen somit auch unterschiedliche Spannungen an. Widerstände in einer ReihenschaltungNun fehlt noch der Gesamtwiderstand R. Für die Gesamtspannung U einer Reihenschaltung gilt: Wenn Du nun das Ohmsche Gesetz mitauf die Spannung U anwendest, erhältst Du: Nun kannst Du den elektrischen Strom I herauskürzen und erhältst für den Gesamtwiderstand R: Der Gesamtwiderstand R in einer Reihenschaltung ergibt sich aus der Summe der Einzelwiderständebis: Jetzt hast Du alle nötigen Formeln, um Aufgaben zur Reihenschaltung von Widerständen lösen zu können. Berechnung von Widerstand, Spannung und StromIn der Abbildung 1 hast Du zwei Widerstände in Reihe geschalten. Jetzt erweiterst Du die Schaltung auf 4 Widerstände in Reihe. Aufgabe Du hast eine Reihenschaltung mit vier Widerständen (siehe Abbildung 2)und. An der Schaltung liegt eine Gesamtspannung vonan. a) Berechne den Gesamtwiderstand R der Schaltung. b) Berechne den Strom I in der Schaltung. c) Berechne die Spannungam Widerstand. Abb. 2 - Schematische Darstellung der Schaltung aus der Aufgabenstellung Lösung a) Der Gesamtwiderstand R errechnet sich aus der Summe der Einzelwiderstände: Einsetzen der Werte und Berechnen liefert: Der Gesamtwiderstand R der Reihenschaltung beträgt also. Lösung b) Der Strom I, der durch die Widerstände der Schaltung fließt, berechnet sich mit: und mit den bekannten Wertenund: Durch die Schaltung fließt ein Strom von. Lösung c) Nun hast Du alle Werte, um die Spannung, die am Widerstand mitanliegt, zu berechnen. Nutze das Ohmsche Gesetz wie folgt: Das Einsetzen der Werteundliefert: Die Spannung, die am Widerstandanliegt, beträgt. Jetzt hast Du sowohl alle wichtigen Formeln für Widerstände in Reihenschaltungen gelernt, als auch die ersten Übungen durchgerechnet. Reihenschaltung – KondensatorEs können nicht nur Widerstände in Reihe geschaltet werden, sondern auch Kondensatoren. An den Regeln und Gesetzmäßigkeiten ändert sich dabei nicht viel. Bei einem Kondensator handelt es sich um ein elektronisches Bauelement. Es wird genutzt, um elektrische Ladungen beziehungsweise elektrische Energie (kurzzeitig) zu speichern. Der Artikel "Kondensator" beantwortet Dir alle Fragen zu diesem Bauteil. Jeder Kondensator besteht aus zwei, durch einen Isolator (auch Dielektrikum genannt) getrennten, metallischen Leitern. Abb. 3: - Reihenschaltung von Kapazitäten In der Abbildung 3 siehst Du, dass auch in dieser Schaltung eine Spannungsquelle angelegt wird. Die Spannung erzeugt einen Strom, welcher dann schrittweise die Kondensatoren auflädt. Spannung in einer Reihenschaltung von KondensatorenWie bei den Widerständen teilt sich die Gesamtspannung U an den Kondensatoren, die in Reihe geschaltet sind, auf: In einer Reihenschaltung von Kondensatoren addieren sich die Teilspannungenbisüber den Kondensatoren zur Gesamtspannung U: Außerdem gilt: An der kleinsten Kapazität fällt die größte Spannung ab und umgekehrt – an der größten Kapazität fällt die kleinste Spannung ab. Eine wichtige Größe am Kondensator ist dessen Ladung. Ladungen in einer ReihenschaltungDie Ladungen der Kondensatoren verhalten sich wie der Strom in der vorherigen Reihenschaltung der Widerstände: Die Ladungenbis, die sich auf den Kondensatorplatten befinden, sind in der Reihenschaltung von Kondensatoren gleich groß: Kondensatoren besitzen auch eine Kapazität. Diese kannst Du ebenfalls in einer Reihenschaltung untersuchen. Kapazitäten in einer ReihenschaltungBei den Kapazitäten geht es ein wenig komplizierter zu: Der Kehrwert der gesamten Kapazität C der Reihenschaltung ist die Summe aller Kehrwerte der Einzelkapazitäten der Kondensatoren: Die Gesamtkapazität einer Reihenschaltung mit Kondensatoren ist somit kleiner als die kleinste Einzelkapazität. Für die Reihenschaltung von zwei Kondensatoren gibt es eine spezielle Formel. So wird sie hergeleitet: Zuerst nutzt Du die bereits bekannte Formel: Diese Formel bringst Du nun auf den gleichen Nenner und erweiterst sie. Es folgt also: Im letzten Schritt bildest Du den Kehrwert. Schon hast Du die Formel für die Gesamtkapazität für zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren: Für die Gesamtkapazität C zweier in Reihe geschalteter Kondensatoren der Kapazitätenundgilt: Jetzt hast Du alle wichtigen Formeln für Kondensatoren in Reihenschaltungen gelernt. Jetzt kannst Du Dein Wissen mithilfe dieser Übungsaufgabe anwenden: Berechnung der KapazitätDie Formeln von Reihenschaltung von Widerständen und Kondensatoren ähneln sich teilweise. Aufgabe In der ersten Reihenschaltung sind drei Kondensatoren geschaltet. Die Kapazitäten der Kondensatoren betragenund. Berechne die Gesamtkapazität C. Lösung In einer Reihenschaltung von Kondensatoren addieren sich die Kapazitätenundwie folgt: Die Kapazitätensind gleich groß. Für diese zwei Kapazitäten kannst Du eine sogenannte Ersatzkapazitätermitteln: Nun nutzt Du die gleiche Formel, um die Ersatzkapazitätmit der Kapazitätzu verrechnen, um dann die Gesamtkapazität der Reihenschaltung zu erhalten: Einsetzen der Werteundliefert: Die Gesamtkapazität betragt somit. Jetzt kannst Du nicht nur Reihenschaltungen mit geschalteten Widerständen berechnen, sondern auch Schaltungen, in denen Kondensatoren eingebaut sind. Reihenschaltungen – BatterieEs gibt sie in vielen Größen und egal ob für Fernbedienungen oder Auto, sie ist nicht aus unserem Alltag wegzudenken: die Batterie. Bei einer Batterie handelt es sich um einen elektrochemischen Energiespeicher. Beim Gebrauch einer Batterie, also beim Entleeren einer Batterie, wird die in der Batterie gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Das Schaltzeichen für eine Batterie, welches Du in Abbildung 4 siehst, ähnelt dem eines Kondensators. Schaue also immer genau hin, um welches Bauteil es sich handelt. Abb. 4 - Reihenschaltung zweier Batterien In der Abbildung 4 siehst Du eine einfache Schaltung mit zwei in Reihe geschalteten Batterienund. Die Spannungen der Batterienund sorgen für eine Gesamtspannung. Eine Reihenschaltung von Batterien macht es möglich, eine höhere Gesamtspannung zu erzeugen. Spannung in einer Reihenschaltung von BatterienUm eine Batterie in Reihe zu schalten, wird der Pluspol an einer Batterie an den Minuspol einer weiteren Batterie angeschlossen. Dies kannst Du mit beliebig vielen Batterien fortsetzen. Ähnlich wie bei den Widerständen und Kondensatoren ergibt sich für die Spannung einer Reihenschaltung von Batterien folgendes: In einer Reihenschaltung von Batterien addieren sich die Teilspannungenbiszu einer Gesamtspannung U: Eine Reihenschaltung von Batterien sorgt also dafür, dass sich eine höhere Spannung ergibt. Strom in einer Reihenschaltung von BatterienDer Strom einer Reihenschaltung von Batterien verhält sich genauso wie der einer Reihenschaltung von Widerständen. In einer Reihenschaltung von Batterien gibt es keinen zusätzlichen Strom. Das heißt, alle Teilströme sind jeweils so groß wie der Gesamtstrom I der Schaltung. Nachteil einer Reihenschaltung von Batterien ist der, dass die schwächste geschaltete Batterie stets die Leistung der restlichen Schaltung beeinflusst. Berechnung der Spannung einer Reihenschaltung von BatterienHier eine kleine Aufgabe, um die gelernten Formeln anzuwenden. Aufgabe In einer Reihenschaltung befinden sich drei Batterien mit einem Gesamtstrom von. Die Batterien haben die folgenden Einzelspannungen:,und. a) Berechne die Einzelströmeder Schaltung. b) Berechne die Gesamtspannung U. Lösung a) In einer Reihenschaltung von Batterien entspricht der Gesamtstrom der Summe der Einzelströme. Somit gilt: Lösung b) Um die Gesamtspannung zu berechnen, summierst Du die Teilspannungen: Die Reihenschaltung hat somit eine Gesamtspannung von. Jetzt kannst Du, neben den Reihenschaltungen mit geschalteten Widerständen oder Kondensatoren, auch Schaltungen berechnen, in denen Batterien verbaut sind. Ist die Stromstärke in einer Reihenschaltung immer gleich?Der Strom in der Reihenschaltung von Widerständen ist in allen Widerständen gleich groß.
Warum ist Stromstärke immer gleich?Misst man in einer Reihenschaltung die Stromstärke an verschiedenen Punkten, so ist sie stets gleich groß. Das liegt daran, dass an jeder Stelle gleich viele Elektronen vorbeikommen.
Was passiert mit der Stromstärke bei einer Reihenschaltung?Reihenschaltung von elektrischen Quellen
Schaltet man zwei gleichartige elektrische Quellen in Reihe, so ist die Gesamtspannung doppelt so groß wie die Spannung einer elektrischen Quelle. Die Stromstärke, die zwei Quellen hervorrufen, ist genau so groß wie die Stromstärke bei einer Quelle.
Ist die Stromstärke in einer Parallelschaltung immer gleich?In der Parallelschaltung ist die Spannung konstant und die Stromstärke lässt sich durch die Aufteilung zu einer Gesamtstromstärke aufaddieren. Interessant ist, dass der Gesamtwiderstand in einer Parallelschaltung nicht größer wird, je mehr Widerstände parallel sind.
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Warum ist die Stromstärke in einer Reihenschaltung immer gleich?
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