In den vergangenen Artikeln mit den Gast-Videos von mg-spots.de wurde erläutert, was elektrischer Strom und elektrische Spannung ist. Wie diese zustande kommt und was Widerstände sind und welche Funktionen sie besitzen. Damit elektrischer Strom fließen kann, wird ein geschlossener Stromkreis vorausgesetzt.
Ein geschlossener Stromkreis kann Widerstände, Schalter und Spannungsquellen in Reihe oder / und parallel angeschlossen werden. Beispiel: in einem geschlossenen Stromkreis leuchtet eine Lampe, wird diese durch einen Ausschalter unterbrochen, ist es ein unterbrochener Stromkreis und die Lampe kann nicht leuchten.
Dieser Artikel gehört zum Bereich Grundlagen der Elektrotechnik. Unter dem Link findest Du weitere Artikel mit Videos, die für das grundlegende Verständnis wichtig sind.
Woraus besteht ein Stromkreis
Ein Stromkreis besteht aus mindestens einer Spannungsquelle. Unter einer Spannungsquelle versteht man Akkus, Batterien, Netzteile, Generatoren und Solarzellen. Ein Stromkreis benötigt ebenfalls mindestens einen Verbraucher. Ein Verbraucher kann eine Lampe, ein Motor, ein Elektroherd oder Fernseher sein.
Anmerkung: Der Begriff Verbraucher ist etwas falsch gewählt, trifft aber dennoch zu. Es findet in der Elektrotechnik kein Verbrauch statt. Die elektrische Energie wird lediglich in eine andere Energieform umgewandelt. Bei einer Lampe wäre dies Wärme und Licht. Bei einem Motor wäre es die elektrische Energie in mechanische Energie.
Reihenschaltung
In einer Reihenschaltung sind Spannungsquellen und Verbraucher hintereinander angeschlossen. Demnach ergeben sich auch bestimmte Gesetze im Bezug auf Strom, Spannung und Leistung. In einer Reihenschaltung erhalten alle Verbraucher den gleichen Strom. Die Spannung hingegen teilt sich auf. So ergeben sich folgende Formeln:
I = I1 = I2 = I3 = …
U = U1 + U2 + U3 + …
Ein Beispiel für eine Reihenschaltung ist die Weihnachtslichterkette. Hierbei sind gleiche Lämpchen in Reihe geschaltet (niemals unterschiedliche Lämpchen nutzen). Ein Transformator wird in diesem Fall nicht benötigt, da sich die 230 V Netzspannung auf die Lämpchen aufteilt. Nachteil ist allerdings, sobald eine Lampe ausfällt, ist die gesamte Kette aus und entweder werden die restlichen Lämpchen überlastet oder die gesamte Kette fällt komplett aus. Heute ist diese Form kaum noch vorzufinden.
Reihenschaltungen findet man auch bei Alarmanlagen vor. Hierbei werden die verschiedenen Schaltkontakte in Reihe geschaltet und bilden eine „Alarmschleife“. Sobald ein Kontakt unterbrochen wurde, löst die Alarmanlage aus.
Parallelschaltungen
In einer Parallelschaltung sind verschiedene Verbraucher parallel zur Spannungsquelle angeschlossen. Die Gesetze zu Strom und Spannung sind deshalb etwas anders wie bei der Reihenschaltung. Demnach ergeben sich folgende Gesetze:
I = I1 + I2 + I3 + …
U = U1 = U2 = U3 = …
Ein Beispiel dafür sind die Steckdosen im Haushalt. Jede Steckdose muss die gleiche Spannung aufweisen. Wie bereits gelernt wurde, geht dies nur bei einer Parallelschaltung. Alle Steckdosen sind also parallel geschaltet.
Auch eine Klingel kann parallel geschaltet sein, wenn diese zum Beispiel von zwei Schaltstellen aus betätigt wird. Dann handelt es sich dabei ebenfalls um eine Parallelschaltung.
Reihen – und Parallelschaltungen von Widerständen
In der Elektrotechnik wird grundsätzlich mit Widerständen gerechnet. Jeder elektrische Verbraucher ist auch ein Widerstand. Demnach wird das Ohmsche Gesetz im Bezug auf Reihen-, Parallel- und Mischschaltungen betrachtet.
In einer Reihenschaltung addieren sich die Teilspannungen zu einer Gesamtspannung. Gleiches gilt auch für die Widerstände. So addieren sich die einzelnen Teilwiderstände zu einem Gesamtwiderstand. Der Strom hingegen ist an jedem einzelnen Widerstand gleichbleibend und entspricht dem Gesamtstrom.
In der Parallelschaltung sieht es da etwas anders aus. So entsprechen die Teilspannungen der Gesamtspannung und die Teilströme addieren sich zu einem Gesamtstrom. Die Widerstandsberechnung ist hier etwas schwieriger. Die Berechnung des Gesamtwiderstandes wird mit dem bekannten Ohmschen Gesetz realisiert. Dabei gilt die Formel: R = U / I.
Ein gutes Buch, in dem die Grundlagen der Elektrotechnik auch für ein Selbststudium sehr anschaulich beschrieben wird, ist das Buch Elektro T, Grundlagen der Elektrotechnik
Die gemischte Schaltung ist da schon etwas schwieriger. So treten hier Reihenschaltungen und Parallelschaltungen auf. Die Berechnung beruht dabei auf den beiden oben genannten Gesetzen. Gerade in der Parallelschaltung ist die Berechnung der Teilwiderstände etwas komplizierter. Diese ist jedoch wichtig für die gemischte Schaltung. Ein Berechnungsbeispiel ist im Video ab 19:08 min. zu finden.
