3.2 Serien- und Parallelschaltung Im Folgenden geht es um elementare Elektrotechnik, nämlich wie mehrere Verbraucher zusammenspielen. Serienschaltung von Widerständen – Spannungsteilung Experiment: Spannung und Stromstärke 1 95.1 Du brauchst: Batterie als Spannungsquelle, zwei Lämpchen mit Fassung, Amperemeter, zwei Voltmeter, Kabel E2 a) Baue einen Stromkreis mit zwei Verbrauchern (Lämpchen) hintereinander (in Serie) auf (95.1) und miss die Stromstärke an verschiedenen Stellen im Stromkreis und die Spannungen an den Lämpchen. Beschreibe deine Beobachtungen. E3 b) Analysiere, was im Stromkreis passiert, wenn du ein bzw. beide Lämpchen herausschraubst. Das Beispiel (95.1) stellt eine Serienschaltung aus zwei hintereinander geschalteten Widerständen dar. Bei Anlegen einer Spannung muss durch jeden der zwei Widerstände der gleiche Strom I fließen, da Leitungselektronen weder erzeugt noch vernichtet werden. Die Gesamtspannung U, die an den Widerständen liegt, setzt sich aus den zwei Teilspannungen U 1 und U 2 zusammen (2. Kirchhoff’sche Regel). U = U 1 + U 2 Für jeden Widerstand gilt die Ohm’sche Beziehung: U 1 = I·R 1, U 2 = I·R 2, U = U 1 + U 2 = I·(R 1 + R 2) = I·R, also R = R 1 + R 2. Bei Serienschaltung ist der Gesamtwiderstand R gleich der Summe der Einzelwiderstände. R = R 1 + R 2 95.1 Zwei Lämpchen werden hintereinander geschaltet. Das Amperemeter misst den Strom durch beide Lämpchen. Wie groß sind die Spannungen U 1, U 2? Miss den Strom an verschiedenen Stellen des Stromkreises. Was passiert, wenn eine Lampe herausgeschraubt wird? A V V U1 U2 I 95.2 Spannungsregelung durch einen in Reihe geschalteten veränderlichen Widerstand. Der Gesamtwiderstand des Stromkreises setzt sich aus dem Widerstand am Verbraucher und dem Widerstand zwischen den Punkten 1 und 2 zusammen. 1 2 3 U 95.3 Potentiometerschaltung: Durch den Gleitkontakt wird die Spannung U im Verhältnis der Widerstände R 1, R 2 geteilt. Spannungsquelle regelbarer Widerstand Gleitkontakt Teilspannung U – + – + R1 R2 U1 Spannungsregelung Sehr oft braucht man eine regelbare Spannung, z. B. um die Lautstärke am Radio einzustellen. Das Netzgerät der Anlage liefert eine feste Spannung. Um eine regelbare Spannung zu erhalten, benutzt man einen veränderbaren Widerstand, z. B. einen Schiebe- oder Drehwiderstand (95.4 und 95.5), bei dem ein Gleitkontakt z. B. längs einer Drahtspule verschoben wird. Dazu gibt es zwei verschiedene Schaltungen: In 95.2 wird die Spannung der Quelle auf den Verbraucher (Lämpchen) und den veränderbaren Widerstand aufgeteilt. Die Teilspannungen am Verbraucher und am Regelwiderstand verhalten sich wie die Widerstände im Stromkreis. Eine andere, häufig verwendete Regelung (Spannungsteiler, Potentiometer) zeigt 95.3. Die Spannung zwischen dem Gleitkontakt und einem der Anschlüsse kann zwischen null und der Spannung der Quelle verändert werden. Damit kann z. B. die Stellung eines Joysticks von einem Computer erkannt und als Input in einem Programm verarbeitet werden. Mit dem Joystick erfolgt auch die Eingabe von Befehlen an die Steuerungssoftware von Flugzeugen. 95.4 Schiebewiderstand mit Gleitkontakt 95.5 Drehwiderstand 95 Energieversorgun 3 Elektrische Energieversorgung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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