Stromkreis mit mehreren Bauteilen

Präsentation zum Thema: "Stromkreis mit mehreren Bauteilen"—  Präsentation transkript:

1 Stromkreis mit mehreren Bauteilen
Ein Beispiel für eine 'Serienschaltung' ist eine Christbaumbeleuchtung. Der gemeinsame Strom-kreis durch alle Lampen ist preisgünstig, weil so ohne Trafo 15 Stück der 15-Volt-Lampen gemeinsam mit insgesamt etwa 225 V versorgt werden. Wird eine der Lampen herausgedreht, dann ist der Stromkreis unterbrochen und alle Lampen gehen gemeinsam aus. Ein Beispiel für eine 'Parallelschaltung' ist eine Halogenbeleuchtung: Ein einziger Trafo versorgt die im Raum gespannte Doppelleitung mit der ungefährlichen Niedrig-spannung von 12 Volt. Jede angeschlossene Halogenlampe wird deshalb unabhängig von den anderen mit 12 V betrieben.

2 Serien- und Parallelschaltung
Als nächstes werden zwei Widerstände parallel an das Netzgerät ange-schlossen und damit gelten andere Gesetz-mäßigkeiten. Eine davon besagt diesmal, dass sich die Teilströme zum Gesamtstrom addieren. Für die Serienschaltung gilt, daß Summe der Teilspannungen gleich der Gesamtspannung ist. Dazu ein überraschender Versuch: Ein Fahrrad-lämpchen für 6 V und eine Glühlampe für 230V werden in Serie geschal-tet und gemeinsam an 230V angeschlossen. Beide leuchten in etwa mit normaler Helligkeit. Mit einer Rechenaufgabe wird die Erklärung geliefert.

3 Anwendungen und die Kirchhoff-Regeln
Diese Schaltung zeigt auch die Grenzen ein-facher Berechnungen in verzweigten Strom-kreisen. Sind die Wider-stände nicht mehr konstant , dann empfiehlt es sich, allgemeinere Regeln für Stromnetz-werke zu nutzen. Jede noch so komplizierte Schaltung lässt sich Stück für Stück aus einfachen Serien- und Parallel-schaltungen aufbauen und deshalb erklären die jeweils vier Formeln für die Parallel- und die Serien-schaltung viele Anwendungen. Als erstes wird ein "Potentiometer" untersucht. Ein Widerstand ist mit einem dritten Kontakt versehen. Durch einen Schleifmechanismus können beliebige Anteile des Gesamtwiderstands abgegriffen werden (Dimmerschaltung). Je eine Regel für Strom und Spannung sind unter dem Stichwort Kirchhoff-Regeln bekannt.

4 Spezifischer Widerstand
Ein Modell mit einem leitfähigen Streifen erklärt die Funktions-weise: Wird die Träger-platte gedehnt, indem man sie nach unten biegt, dann wird der Streifen ein wenig länger und dabei auch dünner. Beide Effekte erhöhen den Widerstand. Umgekehrt wird bei einer Stauchung der Widerstand kleiner. Bei der Elektrizitäts-versorgung braucht man sowohl Materialien, die Strom sehr gut leiten, als auch das Gegenteil (Isolatoren aus Porzellan). Aluminium erhält bei Hoch-spannungsleitungen den Vorzug vor Kupfer, weil es nur wenig schlechter leitet, dafür aber viel leichter ist. Den Widerstand von Leiterstücken mit gleicher Länge und gleichem Querschnitt läßt sich durch eine Material-konstante ausdrücken. Der Widerstand eines Leiterstücks hängt von seiner Länge und seiner Querschnittsfläche ab. Für eine Formel benötigt man eine Proportionali-tätskonstante rho, die 'spezifischer Widerstand' genannt wird.

5 Isolator-Halbleiter-Leiter-Supraleiter
Supraleiter, die bereits mit flüssigem Stickstoff ihre besondere Eigen-schaft erreichen, nennt man seltsamer Weise 'Hochtemperatur-Supraleiter'. Die Werte für den spezifischen Widerstand reichen bei Materialien von fast unendlich (Isolatoren) bis fast null (sehr gute Leiter). Besonderes Interesse wecken die sogenannten Supraleiter mit einem Widerstand, der wirklich null ist. Mit einer Probe eines modernen Supraleitertyps wird ein Experiment durchgeführt. Bei 'normalen' Temperaturen verhält sich das Material wie ein Metall, sein Widerstand sinkt mit sinkender Temperatur. Aber unterhalb einer kritischen Temperatur , verschwindet sein Rest-widerstand sprungartig.