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Unterschied Stromkreis offen / geschlossen

Geschrieben von: Dennis Rudolph
Donnerstag, 12. Januar 2017 um 12:28 Uhr

Der offene und geschlossene Stromkreis sowie Reihenschaltung und Parallelschaltung sehen wir uns in diesem Artikel an. Kurzfassung der Inhalte:

  • Einige Erklärungen zu Reihenschaltung / Parallelschaltung bei offenen und geschlossenen Stromkreisen.
  • Viele Beispiele mit Zahlen zum besseren Verständnis.
  • Aufgaben / Übungen damit ihr das Thema selbst üben könnt.
  • Ein Video zu den Grundlagen der Elektrotechnik.
  • Ein Fragebereich mit Antworten rund um dieses Thema.

Hinweis:

Dieser Artikel ist Teil unseres Kurses zur Elektrotechnik "Von der Grundlagen der Elektrotechnik in der 5. Klasse bis zum Ingenieur".

Erklärung Reihenschaltung / Parallelschaltung

Sehen wir uns kurz den Unterschied zwischen offenem und geschlossenem Stromkreis an. Fangen wir mit dem geschlossenen Stromkreis an. Dieser umfasst gängigerweise mindestens eine elektrische Spannungsquelle und mindestens einen Verbraucher (Gerät oder Bauteil). Entsprechende Leitungen verbinden die Quelle mit einem Verbraucher. Man zeichnet dies so:

Stromkreis Erklärung 1

Bei einem offenen Stromkreis ist der Kreislauf unterbrochen. Dies kann ein Defekt in einem Bauteil sein oder eine Unterbrechung in der Leitung. Es kann unabsichtlich geschehen oder absichtlich, zum Beispiel mit einem Schalter. Ist der Stromkreis offen, fließt kein Strom und die Lampe kann nicht leuchten.

Elektrischer Stromkreis Erklärung 2

Ein Verbraucher weist einen eigenen Widerstand auf. Daher zeichnet man den Schaltplan oftmals auch mit einem Widerstand, im Prinzip als Kasten dargestellt. Dies sieht dann so aus:

Stromkreis Erklärung mit Widerstand

Der Zusammenhang zwischen Widerstand, Spannung und Strom findet ihr in der nächsten Gleichung:

Stromkreis Erklärung Ohmsches Gesetz

Oder diese in Worten ausgedrückt:

Stromkreis Erklärung Ohmsches Gesetz in Worten

Reihenschaltung / Parallelschaltung:

Es kann nun passieren, dass wir in einem Stromkreis mehr als einen Widerstand haben. In diesem Fall kann man die Widerstände in den meisten Fällen zusammenfassen. Im nächsten Stromkreis haben wir eine Reihenschaltung oder auch Serienschaltung genannt.

Stromkreis Reihenschaltung

Um hier R zu berechnen, müssen wir einfach die beiden Widerstände addieren. Also R = R1 + R2. Ein Beispiel mit Zahlen weiter unten.

Daneben gibt es noch die Parallelschaltung. Die nächste Grafik zeigt eine Parallelschaltung aus zwei Widerständen.

Stromkreis Parallelschaltung

Auch hier kann man die beiden Widerstände zusammenfassen. Die Gleichung / Formel dazu lautet wie folgt:

Stromkreis Parallelschaltung

Ein Beispiel mit Zahlen findet sich weiter unten.

Mehrere Lampen:

Es kann natürlich auch passieren, dass wir mehrere Lampen haben. Auch hier sehen wir uns Reihenschaltung und Parallelschaltung an (Beispiele mit Zahlen weiter unten). Fangen wir mit einer Reihenschaltung bzw. Serienschaltung von drei Lampen an. Die Schaltung sieht so aus:

Elektrischer Stromkreis Reihenschaltung

Der Strom fließt hier durch eine Leitung, teilt sich also nicht auf. Daher ist die Stromstärke in der kompletten Schaltung überall gleich groß. An jeder Lampe fällt eine Spannung ab, daher muss die Spannungsquelle die Summe aller Teilspannungen liefern (Beispiel mit Zahlen weiter unten).

Die Lampen können natürlich auch parallel zueinander liegen. Man spricht hier von Parallelschaltung. Dies kann zum Beispiel so aussehen.

Elektrischer Stromkreis Parallelschaltung

Hier teilt sich der Strom in drei Leitungen auf, die zu den drei Lampen führt. Die Energiequelle muss damit insgesamt den Strom liefern, der durch alle drei Lampen fließt (Summe aller Ströme). Die Spannung hingegen ist bei allen Lampen gleich, denn sie liegt über alle gleichermaßen an. Beispiele weiter unten.

Hinweis:

Noch ein Hinweis zum Messen: Die Stromstärke kann man messen, indem man eine Leitung einfach unterbricht und das Messgerät reinhängt. Bei einer Spannung hängt man das Messgerät über die Lampe oder einen anderen Verbraucher.

Beispiele Reihenschaltung und Parallelschaltung

In diesem Abschnitt sollen noch eine Reihe an Beispielen zur Reihenschaltung und Parallelschaltung von Widerständen und Lampen gezeigt werden.

Beispiel 1:

Gegeben sei die folgende Schaltung. Wie viel Spannung muss die Batterie abgeben?

Stromkreis Beispiel 1

Lösung:

Wir haben hier zwei Widerstände, die in Reihe liegen. Wir addieren daher die beiden Widerstände um einen Gesamtwiderstand zu bilden. Auch angegeben ist, dass wir 1 Ampere in der Leitung fließen haben. Wir können dies daher in die Gleichung R = U : I einsetzen.

Stromkreis Beispiel 1 Rechnung

Beispiel 2:

Wir nehmen noch einmal einen Stromkreis mit den zwei Widerständen von oben. In diesem Fall schalten wir die selben Widerstände allerdings parallel. Auch soll wieder ein Strom von 1 Ampere fließen. Wie groß muss jetzt die Spannung der Quelle sein?

Stromkreis Beispiel 2

Lösung:

Stromkreis Beispiel 2 Rechnung

Beispiel 3:

Wir haben einen Stromkreis mit 3 Lampen und einer Spannungsquelle. Wie viel Spannung und wie viel Strom muss die Quelle abgeben?

Stromkreis Beispiel 3

Lösung:

Wir haben nur eine Leitung, daher kann überall nur gleich viel Strom fließen. Und dies sind eben die 2 Ampere, die in der Schaltung zu sehen sind. Bei der Spannung sieht dies anders aus. Hier benötigt jede Lampe jeweils 12 V. Daher muss die Quelle auf 12 V · 3 = 36 V eingestellt werden.

Beispiel 4:

In diesem Beispiel haben wir drei Beleuchtungen die parallel geschaltet sind. Was muss hier die Quelle an Strom und Spannung abgeben?

Stromkreis Beispiel 4

Lösung:

Wir haben eine Parallelschaltung und über die Beleuchtung liegt jeweils identische Spannung an und zwar 12 V. Der Strom hingegen teilt sich auf. Da jede Beleuchtung 2 A braucht muss die Quelle 3 · 2 A = 6 A abliefern.

Beispiel 5:

Im nächsten Stromkreis gibt es drei Schalter, die mit S1, S2 und S3 bezeichnet wurden. Schreibe auf, in welchen Fällen die Lampe leuchtet.

Stromkreis Beispiel 5

Lösung:

Der Schalter S2 schließt den Stromkreis unabhängig von den beiden anderen Schaltern und lässt die Lampe leuchten. Ansonsten müssen S1 und S3 geschlossen sein, damit die Lampe leuchtet.

Aufgaben / Übungen zum Stromkreis

Aufgabe 1: Ein geschlossener Stromkreis besteht aus mindestens einer Spannungsquelle, Leitern und mindestens ....

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Video zum Stromkreis

Grundlagen Elektrotechnik

Der offene und geschlossene Stromkreis gehört zu zu den Grundlagen der Physik. Der Stromkreis wird im nächsten Video benutzt. Dabei wird erst einmal gezeigt, was Strom, Spannung und Widerstand ist. Danach geht es an die Teile, die man für einen elektrischen Stromkreis braucht. Der Stromkreis ansich wird damit auch behandelt.


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Fragen mit Antworten zum Stromkreis

In diesem Abschnitt werden typische Fragen mit Antworten zum Stromkreis behandelt.

F: Die Lampe leuchtet nicht. Ist der Stromkreis defekt?

A: Schon möglich. Prüft die Kabel, ob hier ein Schaden vorliegt. Dies kann man natürlich auch mit einem Messgerät nachmessen. Ansonsten: Liefert die Quelle eine Spannung ab? Sieht die Lampe defekt aus?

F: Kann ich den Strom im Stromkreis berechnen?

A: Sofern man die nötigen Angaben hat, kann man dies. Oben wurde die Formel U = R · I besprochen. Hier steckt mit "I" der Strom drin. Damit könnt ihr die Stromstärke berechnen.

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