Lektion 07

Der Stromkreis

Quelle, Leiter, Verbraucher; Stromstärke, Spannung, Widerstand; U = R·I; Serie und parallel

PhysikPrüfungsrelevantca. 50 Min.Adaptiver Trainer

In 30 Sekunden

Elektrischer Strom: Ladungen fliessen im Kreis von der Quelle durch die Lämpchen und zurück. In der Lichterkette hängen alle hintereinander.

Nach dieser Lektion

Du baust einen geschlossenen Stromkreis aus Quelle, Leitern und Verbraucher und erklärst, was ein Schalter macht.
Du erklärst Stromstärke, Spannung und Widerstand mit ihren Einheiten Ampere, Volt und Ohm.
Du rechnest mit $U = R \cdot I$ eine der drei Grössen aus den zwei anderen aus.
Du erklärst, warum in einer Lichterkette in Serie alles dunkel wird und an parallelen Steckdosen nicht.

An der Prüfung: Stromkreis, Spannung, Widerstand und Stromstärke sind das Werkzeug für alles Weitere in der Elektrizität. Physik ist an der FMS kein Fach der Abschlussprüfung: Die Note kommt aus den Prüfungen in der Klasse.

Schritt 2

Entdecken

Verschieb die Regler und löse die Aufträge. Achte darauf, was sich im Bild ändert; die Formel zeigt dir, warum.

true

Punkte = Ladungen. Je grösser die Stromstärke, desto schneller laufen sie.

Doppelte Spannung: doppelte Stromstärke. Doppelter Widerstand: halbe Stromstärke.

Spannung

U

Widerstand

R

$Stromst a ¨ rke I$

0,30A

Doppelte Spannung: doppelte Stromstärke. Doppelter Widerstand: halbe Stromstärke.

Punkte = Ladungen. Je grösser die Stromstärke, desto schneller laufen sie.

Aufträge

0 von 3 geschafft

Stell eine Stromstärke von genau $0, 5 A$ ein.
(offen)
Gerät mit $12 Ω$ : Lass $0, 75 A$ fliessen.
(offen)
Erreiche mehr als $2 A$ mit höchstens $6 V$ .
(offen)

Entdecke:

Die Punkte stehen für Ladungen. Sie laufen überall gleich schnell, auch nach dem Gerät: Der Strom wird nicht verbraucht. Man zeichnet ihn von $+$ nach $-$ ; die Elektronen selbst laufen umgekehrt, von $-$ nach $+$ .

Schritt 3

Verstehen

Das Wichtigste auf einen Blick.

1Quelle, Leiter, Verbraucher

Schalter		Stromkreis
	→	$geschlossen: Lampe leuchtet$
	→	$unterbrochen: Lampe aus$

Die Quelle (Batterie, Steckdose) treibt die Ladungen an. Leiter (Drähte aus Metall) führen sie, der Verbraucher (Lampe, Motor) nutzt sie.
Strom fliesst nur in einem geschlossenen Kreis. Ein Isolator (Kunststoff, Glas) leitet nicht.
Im Schaltplan: Batterie als langer und kurzer Strich, Lampe als Kreis mit Kreuz.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Quelle: Die Batterie treibt die Ladungen an. Langer Strich $+$ , kurzer $-$ .

Ladungen fliessen ringsum: Die Lampe leuchtet.

Nirgends fliesst mehr Strom, auch nicht vor der Lücke: Die Lampe ist aus.

MerkeStrom fliesst nur im geschlossenen Kreis: von der Quelle durch den Verbraucher und zurück.

Schalter		Stromkreis
	→	$geschlossen: Lampe leuchtet$
	→	$unterbrochen: Lampe aus$

Velolicht: Die Quelle ist die Batterie, der Verbraucher das Lämpchen, die Leiter sind Drähte im Gehäuse.
Das Gehäuse aus Kunststoff ist ein Isolator: Du kannst es gefahrlos anfassen.
Der Knopf ist der Schalter: Er schliesst oder öffnet den Kreis.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Kreis geschlossen: Ladungen fliessen ringsum, die Lampe leuchtet.

Ladungen fliessen ringsum: Die Lampe leuchtet.

Nirgends fliesst mehr Strom, auch nicht vor der Lücke: Die Lampe ist aus.

MerkeStrom fliesst nur im geschlossenen Kreis: von der Quelle durch den Verbraucher und zurück.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Quelle, Leiter, Verbraucher», Schritt 4

2Strom, Spannung, Widerstand

Grösse		Einheit
	→	$Ampere (A)$
	→	$Volt (V)$
	→	$Ohm (Ω)$

Stromstärke $I$ : wie viel Ladung pro Sekunde durch den Draht fliesst.
Spannung $U$ : wie stark die Quelle die Ladungen antreibt, wie eine Pumpe das Wasser.
Widerstand $R$ : wie stark ein Gerät den Strom bremst, wie eine Engstelle im Rohr.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Links ein Wasserrohr mit Pumpe, rechts ein Stromkreis mit Batterie.

Vor und nach der Lampe fliesst gleich viel: Strom wird nicht verbraucht.

Doppelte Spannung, gleicher Widerstand: doppelter Strom (dickere Pfeile).

Doppelter Widerstand, gleiche Spannung: halber Strom (dünnere Pfeile).

MerkeSpannung treibt an, Widerstand bremst, die Stromstärke ist das Ergebnis.

Grösse		Taschenlampe
$Stromst a ¨ rke I$	→	$0, 3 A$
$Spannung U$	→	$4, 5 V$
$Widerstand R$	→	$15 Ω$

Durch das Lämpchen fliessen $0, 3 A$ .
Drei Batterien zu $1, 5 V$ hintereinander geben $4, 5 V$ .
Das Lämpchen hat $15 Ω$ .

Die Engstelle bremst das Wasser, die Lampe den Strom: Widerstand.

MerkeSpannung treibt an, Widerstand bremst, die Stromstärke ist das Ergebnis.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Quelle, Leiter, Verbraucher», Schritt 4

3U = R·I

U = R \cdot I

Umgestellt: $I = \frac{U}{R}$ und $R = \frac{U}{I}$ .
Doppelte Spannung: doppelter Strom. Doppelter Widerstand: halber Strom.
Einheiten: $1 V = 1 Ω \cdot 1 A$ .

Widerstand $R$ : doppelte Spannung, doppelter Strom.

MerkeGesuchte Grösse allein auf eine Seite, dann einsetzen.

6 V = 12 Ω \cdot 0, 5 A

Gerät mit $12 Ω$ an $6 V$ : $I = 6 V : 12 Ω = 0, 5 A$ .
Mit $24 Ω$ an denselben $6 V$ : $0, 25 A$ , halb so viel.
Probe: $12 Ω \cdot 0, 5 A = 6 V$ .

Bei $6 V$ : $0, 5 A$ gegen $0, 25 A$ .

MerkeGesuchte Grösse allein auf eine Seite, dann einsetzen.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «U = R·I», Schritt 4

4Serie und parallel

Schaltung		Lampe fällt aus
	→	$alle aus$
	→	$andere leuchten$

Serie: ein einziger Weg durch alle Geräte. Die Spannung der Quelle teilt sich auf.
Parallel: Jedes Gerät hat seinen eigenen Weg und bekommt die volle Spannung.
Zu Hause hängt alles parallel: Jedes Gerät bekommt $230 V$ .

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Serie: drei Lämpchen hintereinander, ein einziger Weg.

Es gibt nur einen Weg, und der ist unterbrochen.

Jede Lampe hat ihren eigenen Weg und die vollen $230 V$ .

MerkeSerie: ein Weg für alle. Parallel: jedes Gerät sein eigener Weg.

Schaltung		Lampe fällt aus
	→	$alle aus$
	→	$andere leuchten$

Serie: $20$ gleiche Lämpchen an $230 V$ bekommen je $230 V : 20 = 11, 5 V$ .
Parallel: Lampe, Radio und Ladegerät an der Steckdosenleiste bekommen je $230 V$ .
Fällt in der Kette ein Lämpchen aus, sind alle $20$ dunkel; an der Leiste laufen die anderen weiter.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Parallel: drei Lämpchen nebeneinander, jedes mit eigenem Weg.

Es gibt nur einen Weg, und der ist unterbrochen.

Jede Lampe hat ihren eigenen Weg und die vollen $230 V$ .

MerkeSerie: ein Weg für alle. Parallel: jedes Gerät sein eigener Weg.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Serie und parallel», Schritt 4

Im Alltag

Wo dir das ausserhalb der Schule begegnet.

Kabel

Ein Kabel, aufgeschnitten gezeichnet: innen Kupfer, aussen Kunststoff.

Im Kabel leitet ein Draht aus Kupfer, aussen ist eine Hülle aus Kunststoff. Kunststoff ist ein Isolator: Darum kannst du ein unbeschädigtes Kabel gefahrlos anfassen.

Taschenlampe

Drei Batterien hintereinander und ein Lämpchen mit $15 Ω$ .

In einer Taschenlampe liegen drei Batterien zu je $1, 5 V$ hintereinander, zusammen $4, 5 V$ . Durch ein Lämpchen mit $15 Ω$ fliessen dann $4, 5 V : 15 Ω = 0, 3 A$ .

Steckdosenleiste

Drei Geräte an einer Steckdosenleiste, jedes an seiner Steckdose.

An einer Steckdosenleiste hängen Lampe, Fernseher und Handy parallel: Jedes Gerät bekommt die vollen $230 V$ . Schaltest du den Fernseher aus, laufen die anderen weiter.

Schritt 4

Musterbeispiele

Zu jeder Karte aus «Verstehen» ein Beispiel. Deck Schritt für Schritt auf und überlege dir jeden Schritt zuerst selbst.

Musterbeispiel

Eine Taschenlampe hat eine Batterie, ein Lämpchen, einen Schalter und Metallstreifen, die alles verbinden. a) Was ist Quelle, Leiter und Verbraucher? b) Auf der Batterie steht $4, 5 V$ , ein Messgerät im Kreis zeigt $0, 3 A$ . Welche Grössen sind das? c) Warum geht das Licht aus, wenn du den Schalter öffnest?

Schaltplan einer Taschenlampe: Batterie, Lämpchen, Schalter, Metallstreifen.

Tippe oder wische auf der Grafik für den nächsten Schritt.

1
a) Zuordnen
Überlege zuerst selbst: Wie würdest du diesen Schritt machen?
2
b) Einheiten lesen
…
3
c) Schalter offen
…

Typische Fehler

✗
«Der Strom wird in der Lampe verbraucht»: Vor und nach der Lampe fliesst gleich viel. Die Lampe wird nur warm und leuchtet.
✗
$R = \frac{U}{I}$ verkehrt rechnen: Teste mit den Einheiten, $Ω = \frac{V}{A}$ .
✗
Serie und parallel verwechseln: In Serie gibt es nur einen einzigen Weg für alle.

Prüfungstipp

Schreib bei $U = R \cdot I$ zuerst auf, welche zwei Grössen gegeben sind. Stell nach der dritten um, dann setz mit Einheiten ein.

Schritt 5

Üben

Unendlich viele Aufgaben. Nach drei richtigen in Folge wird es schwerer, bei Fehlern wieder leichter. Hinweise bekommst du schrittweise, nicht sofort die ganze Lösung.

Schritt 6

Prüfungsniveau

Aufgaben mit mehreren Teilaufgaben und Punkten, aufgebaut wie eine Klassenprüfung. Du siehst sie mit einem kostenlosen Konto.

Hilfsmittel: Taschenrechner und Formelsammlung.

2 Aufgaben auf Prüfungsniveau

Velolicht
Lichterkette und Steckdosenleiste

Mit einem Gratis-Konto siehst du die Aufgaben. Lösungswege gibt es im Abo.

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Schritt 7

Selbstcheck: Wie sicher bist du?

Sei ehrlich zu dir. Nur so zeigen wir dir, was du als Nächstes üben solltest.

Du baust einen geschlossenen Stromkreis aus Quelle, Leitern und Verbraucher und erklärst, was ein Schalter macht.
Du erklärst Stromstärke, Spannung und Widerstand mit ihren Einheiten Ampere, Volt und Ohm.
Du rechnest mit $U = R \cdot I$ eine der drei Grössen aus den zwei anderen aus.
Du erklärst, warum in einer Lichterkette in Serie alles dunkel wird und an parallelen Steckdosen nicht.

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Schritt 8

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