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easy electronic 200 - Versuch 1

 

 

Der Stromkreis

 

Bei dem ersten Versuch geht es um einen einfachen Stromkreis:

 

 

(Vergrößern: auf Bild klicken! | KOSMOS easy electronic, Seite 10)

 

Wie man anhand des obenstehenden Stromkreises sieht, besteht dieser aus

 

1.     der Spannungsquelle

 

in Form des Batteriefaches 19 mit den beiden in Reihe geschalteten Batterien vom Typ „AA“, wobei jede Batterie über eine (Klemmen-) Spannung UBatt von 1,2 V bis 1,5 V verfügt, zusammen also über eine (Gesamt-) Spannung UBatt, ges von 2,4 V bis 3,0 V,

 

2.     dem (Schiebe-) Schalter 14

 

mit dem sich die Stromzufuhr der Batterie innerhalb des Stromkreises ein- oder ausschalten lässt,

 

3.     dem Glühlämpchen 18,

 

das sich mittels einer (Nenn-) Spannung von UGlüh = 2,5 V bei einer (Nenn-) Stromstärke IGlüh = 0,3 A betreiben lässt, ohne dass dieses dabei durchbrennt sowie

 

4.     den Verbindungsleitungen,

 

die alle einzelnen Bauelemente der Schaltung zu einem Stromkreis miteinander verbinden.

 

Da wir als Deutsche dem deutschrachigen Sprachraum mit den Ländern Deutschland, Österreich und Schweiz angehören und alle Europäer sowie die Bewohner der ehemaligen Sowjetunion, der Balkanstaaten, von Nord- und Südamerika, Australien, Neuseeland aber auch die ehemaligen Kolonien in Afrika in ihrer Muttersprache von links nach rechts schreiben und auch von links nach rechts lesen, gewöhnen wir es uns an, auch elektrische Schaltungen und Stromkreise von links nach rechts aufzubauen, deren Bauelemente ebenfalls im Uhrzeigersinn von links nach rechts anzuordnen und zu lesen:

 

 

 

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Aus Gründen der elektrischen Sicherheit gewöhnen wir es uns ebenfalls an, Magnetschalter 12, Schalter 14 oder Taster 15 zum Ein- und Ausschalten der Stromzufuhr möglichst nahe, d.h. in direkter Folge nach der Stromversorgung  - im vorliegenden Fall direkt hinter dem Batteriefach 19 -  im Stromkreis anzuordnen!

 

Dies hat den sicherheitstechnischen Vorteil, dass bei geöffnetem Schalter 14 alle nach dem Ein- und Ausschalter angeschlossenen Bauelemente wie z.B. das Glühlämpchen 18, aber auch der gesamte restliche Stromkreis bis zum Minuspol des Batteriefaches 19 spannungs- und stromlos sind (siehe nachfolgendes Bild!) [ Video ]

 

Die roten Blitze im nachfolgenden Versuchsaufbau weisen darauf hin, welche Teile des Stromkreises trotz des ausgeschalteten Schalters 14 spannungsführend sind:

 

 

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Die roten Blitze im nachfolgenden Versuchsaufbau weisen darauf hin, welche Teile des Stromkreises jetzt bei eingeschaltetem Schalter 14 spannungsführend sind:

 

 

(Zum Vergrößern bitte auf das Bild klicken!)

 

Die grüne Stromrückführung von dem Glühlämpchen 18 bis zum Minuspol der beiden in Reihe geschalteten Batterien bzw. des Batteriefachs 19 ist spannungsfrei, liegt auf dem Spannungspotential von UMinuspol = 0 V, während der spannungsführende Pluspol des Batteriefachs 19 auf dem Spannungspotential von UPluspol = 2,4 V bis UPluspol = 3,0 V liegt, sodass zwischen dem Pluspol und dem Minuspol des Batteriefachs 19 die Batterie- und Klemmenspannung UBatt, ges = 2,4 V bis UBatt, ges = 3,0 V liegt!

 

Die grüne Stromrückführung von dem Glühlämpchen 18 bis zum Minuspol der beiden in Reihe geschalteten Batterien bzw. des Batteriefachs 19 nennt man auch Masse („┴“) oder engl. „ground“ („GND“).

 

Wenn wir später mit dem zweiten Batteriefach 19 einen zweiten Stromkreis verwenden und diesen mit dem ersten Stromkreis verbinden, dann es ist absolut wichtig, dass beide Stromkreise über das gleiche Massepotential („┴“), d.h. eine gemeinsame Masse, (= Minuspol der beiden Batteriefächer 19) verfügen!

 

Anderen falls könnte es passieren, dass wir einen Kurzschluss produzieren, der sehr gefährlich sein kann, wenn die Stromversorgung wider Erwarten nicht mittels einer (Schmelz-) Sicherung abgesichert wird!

 

 

Spannung U und Strom I

 

Bei einem elektrischen Stromkreis  - wie in der obenstehenden Schaltung -  haben wir es stets mit Spannung und Strom zu tun. Was aber ist Spannung U und was ist Strom I?

 

Vereinfacht kann man sagen, dass es sich bei der Spannung U um die treibende Kraft handelt, die letztlich bestimmt, wie groß und maximal die Stromstärke I werden kann: Je größer die Spannung UBatt, ges der Batterie ist, um so größer kann die Stromstärke IBatt, ges = IGlühlämpchen 18 = 0,3 A werden (siehe Aufdruck auf der Halterung für das Glühlämpchen 18)!

 

Die Spannung U der Batterie des Batteriefachs 19 und des Glühlämpchens 18 wird zu Ehren des italienischen Physikers Alessandro Volta in Volt [ V ] oder Millivolt [ mV ] (= ein Tausendstel Volt) gemessen.

 

Wenn dabei aber die Spannung UBatt, ges der Batterie deutlich größer wird als die zulässige (Nenn-) Spannung UGlühlämpchen = 2,5 V des Glühlämpchens 18, dann wird die Glühwendel der Glühlampe zu heiß, sodass sie nach kurzer Zeit schmilzt und die Stromleitung im Stromkreis unterbricht!

 

Der Effekt dabei ist dann so, als würde man das Glühlämpchens 18 aus der Lampenfassung heraus drehen, sodass die Stromzufuhr unterbrochen wird. Dabei lässt sich aber die Stromzufuhr viel einfacher unterbrechen, indem man nämlich den (Schiebe-) Schalter 14 auf „AUS“ stellt, sodass die Stromstärke I durch das Glühlämpchen 18 zu null wird!

 

Elektrischer Strom I fließt also immer nur dann, wenn wir es mit einem unterbrechungsfreien Stromkreis zu tun haben.

 

Elektrische Bauteile wie das Glühlämpchen 18 können also kaputt gehen, wenn die zulässige (Nenn-) Spannung UGlühlämpchen = 2,5 V dauerhaft überschritten wird! [ Video ]

 

 

Strom I und Stromstärke I, gemessen in Ampere [A]

 

Während man die treibende Spannung U mit dem starken Druck der Wasserleitung auf den Ventilteller des Wasserhahns vergleichen kann, lassen sich der Strom I und die Stromstärke I mit dem dicken und kräftigen Wasserstrahl, d.h. dem Durchmesser des Wasserstrahls aus dem Wasserhahn vergleichen!

 

Damit ein kräftiger Wasserstrahl durch den Wasserhahn fließen kann, muss man den Wasserhahn aufdrehen! Damit im Stromkreis ein kräftiger Strom I mit der Stromstärke I fließen kann, muss man den (Schiebe-) Schalter 14 einschalten, d.h. auf „EIN“ stellen!

 

Die Strom I, der durch Batterie des Batteriefachs 19 und des Glühlämpchens 18 fließt, wird zu Ehren des französischen Mathematikers und Physikers André-Marie Ampère in Ampere [ A ] oder Milliampere [ mA ] (= ein Tausendstel Ampere) gemessen.

 

Bei dem Glühlämpchen 18 beträgt die (Nenn-) Stromstärke IGlühlämpchen = 0,3 A (siehe Beschriftung auf der Halterung). Damit diese Stromstärke erreicht wird und das Glühlämpchen richtig hell leuchtet, muss an diesem eine (Nenn-) Spannung UGlühlämpchen = 2,5 V anliegen!

 

Im Batteriefachs 19 befinden sich zwei in Reihe geschaltete 1,5 Volt Batterien vom Typ „AA“, die zusammen die Batterie- und Klemmenspannung von UBatt, ges = 2,4 V bis UBatt, ges = 3,0 V dem Glühlämpchen 18 zur Verfügung stellen, sodass dieses tatsächlich hell leuchtet!

 

Dabei hängt die Stromstärke, die im Stromkreis fließt, im Wesentlichen von zwei Dingen ab:

 

·        von den beiden in Reihe geschaltete 1,5 Volt Batterien und

 

·        von dem Glühlämpchen 18,
dessen Glühwendel für eine Stromstärke von IGlühlämpchen = 0,3 A ausgelegt ist.

 

 

Spannung U und Strom I gehören zusammen

 

Wenn man in der oben gezeigten Schaltung das Glühlämpchen 18 durch das Glühlämpchen 27 ersetzt und den Schalter 14 auf „EIN“ stellt, d.h. einschaltet, dann bleibt das Glühlämpchen 27 dunkel, weil es zum hellen Leuchten

 

·        eine Spannung von UGlühlämpchen = 6 V benötigt,

 

die die beiden in Reihe geschaltete 1,5 Volt Batterien vom Typ „AA“ mit der Batterie- und Klemmenspannung von UBatt, ges = 2,4 V bis UBatt, ges = 3,0 V dem Glühlämpchen 27 leider nicht zur Verfügung stellen, sodass das Glühlämpchen dunkel bleibt!

 

Jetzt bestätigt es sich, dass in einem geschlossenen Stromkreis immer nur dann ein Strom I fließen kann, wenn es eine entsprechend große Spannung U gibt, die z.B. durch die beiden in Reihe geschaltete 1,5 Volt Batterien vom Typ „AA“ mit der Batterie- und Klemmenspannung von UBatt, ges = 2,4 V bis UBatt, ges = 3,0 V zur Verfügung gestellt wird!

 

Damit sich das Glühlämpchen 27 mit der (Nenn-) Spannung UGlühlämpchen = 6 V ebenfalls zum Leuchten bringen lässt, benötigt man im Vergleich zum Glühlämpchen 18 eine doppelt so große Spannung Uges mit

 

Uges = 2 * UBatt, ges = 2 * 3,0 V = 6,0 V (siehe Versuch 6) [ Video ]

 

Weiter geht’s mit [ Versuch 6 ].

 

 

 

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