Physik Realschule Bayern › Elektrizitätslehre › Jahrgangsstufe 7
Stromkreis und Schaltpläne
Physik · Realschule · Jahrgangsstufe 7 · Bayern · Teilbereich Elektrizitätslehre
In der 7. Jahrgangsstufe bauen Lernende laut LehrplanPLUS einfache Stromkreise auf, stellen sie mit Schaltzeichen dar und messen die Stromstärke. Schaltpläne sind die Sprache der gesamten Elektrizitätslehre bis zur Abschlussprüfung.
Der geschlossene Stromkreis
Damit eine Lampe leuchtet oder ein Motor läuft, braucht man einen geschlossenen Stromkreis: Ein Energiewandler (Lampe, Motor, Klingel) ist über Leitungen mit beiden Polen einer Elektrizitätsquelle (Batterie, Akku, Netzgerät) verbunden. Mit einem Schalter lässt sich der Stromkreis öffnen und schließen. Ist er an einer Stelle unterbrochen, fließt nirgends im Kreis ein Strom.
Schaltzeichen und Schaltpläne
In einem Schaltplan werden die Bauteile durch genormte Schaltzeichen dargestellt und die Leitungen als gerade Linien, möglichst mit rechten Winkeln. So lässt sich jeder Stromkreis übersichtlich zeichnen und lesen.
Vereinbarungsgemäß fließt der Strom außerhalb der Elektrizitätsquelle vom Pluspol zum Minuspol (technische Stromrichtung).
Beispiel 1: Leuchtet die Lampe?
In den vier Schaltplänen ist jeweils eine Batterie mit einer Lampe verbunden. In welchem Fall leuchtet die Lampe?
| Fall | Leuchtet? | Begründung |
| (a) | ja | Stromkreis über Lampe und geschlossenen Schalter geschlossen |
| (b) | nein | Schalter offen, Stromkreis unterbrochen |
| (c) | nein | Lampe durch den roten Draht überbrückt: Kurzschluss |
| (d) | nein | Lampe ist nur mit dem Pluspol verbunden; der Strom kann durch sie nicht zurückfließen |
Antwort: Nur in Fall (a). Fall (c) ist zusätzlich gefährlich: Ohne Energiewandler im Kreis fließt ein sehr großer Strom, die Leitungen werden heiß.
Merke: Ein Stromkreis, in dem die Pole der Elektrizitätsquelle ohne Energiewandler leitend verbunden sind, heißt Kurzschluss. Dabei fließt ein sehr großer Strom; Leitungen können glühen und Brände entstehen.
Die Stromstärke messen
Wie viel Strom durch einen Stromkreis fließt, gibt die Stromstärke \(I\) an. Ihre Einheit ist das Ampere \((\mathrm{A})\); kleinere Werte gibt man in Milliampere an: \(1\,\mathrm{A}=1000\,\mathrm{mA}\). Gemessen wird sie mit einem Strommessgerät (Amperemeter). Es wird immer in Reihe in den Stromkreis geschaltet, sodass der gesamte Strom hindurchfließen muss.
Beispiel 2: Strommessgerät richtig einbauen
Die Stromstärke durch eine Lampe soll gemessen werden. Das Messgerät zeigt bei richtigem Einbau \(0{,}30\,\mathrm{A}\). Wie viele Milliampere sind das, und was passiert bei falschem Einbau?
Gegeben: \(I=0{,}30\,\mathrm{A}\)
Gesucht: \(I\) in \(\mathrm{mA}\)
Formel: \(1\,\mathrm{A}=1000\,\mathrm{mA}\)
\( I=0{,}30\cdot 1000\,\mathrm{mA}=300\,\mathrm{mA} \)
Antwort: Durch die Lampe fließen \(300\,\mathrm{mA}\). Ein Strommessgerät leitet sehr gut. Schaltet man es direkt an die Pole der Quelle, entsteht ein Kurzschluss, und das Gerät kann zerstört werden.
Beispiel 3: Zweihandschaltung
An einer Blechpresse sollen beide Hände auf Tastern liegen, bevor der Motor anläuft, damit keine Hand in die Maschine geraten kann. Wie müssen die Taster geschaltet werden?
Liegen beide Taster hintereinander in einem unverzweigten Stromkreis, ist der Kreis nur geschlossen, wenn beide gedrückt sind. Lässt man einen los, ist der Kreis unterbrochen.
Antwort: Die Taster werden in Reihe geschaltet (UND-Schaltung): Der Motor läuft nur, wenn Taster 1 und Taster 2 gedrückt sind.
Beispiel 4: Was passiert bei einem Kurzschluss?
Jemand verbindet bei leuchtender Lampe die beiden Anschlüsse der Lampe mit einem Draht. Was beobachtet man?
Antwort: Der Strom fließt fast vollständig durch den Draht statt durch die Lampe; sie geht aus. Weil kein Energiewandler mehr im Kreis ist, wird der Strom sehr groß: Draht und Batterie werden heiß. Deshalb nie die Pole einer Batterie direkt verbinden, und niemals an einer Steckdose experimentieren.
Typische Fehler und Prüfungstipps
- Nur ein Draht zur Lampe: Eine Lampe braucht immer zwei Anschlüsse, einen Hin- und einen Rückweg.
- Strommessgerät parallel geschaltet: Es gehört in Reihe in den Stromkreis.
- Schaltzeichen frei erfunden: Nur genormte Zeichen verwenden; Lampe = Kreis mit Kreuz, Strommessgerät = Kreis mit A.
- „Der Strom wird in der Lampe verbraucht.“ Der Strom fließt durch die Lampe hindurch und ist danach genauso groß. Umgewandelt wird Energie, nicht der Strom.
- Leitungen schräg und gekreuzt: Schaltpläne mit geraden Linien und rechten Winkeln zeichnen; Verbindungen mit einem Punkt kennzeichnen.
Üben: Aufgaben zu Stromkreisen
Der Aufgabengenerator erstellt Schaltplanaufgaben, Aufgaben zum Einbau von Messgeräten und zur Stromstärke mit Einheitenumrechnung, mit Lösungsweg und als PDF druckbar.
Vorheriges Thema: Magnete und Magnetfeld
Nächstes Thema: Leiter, Isolatoren und Wirkungen des Stroms
Vertiefung Jahrgangsstufe 10: Reihen- und Parallelschaltung
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