Stromkreis und Energie

aus B. Kainka: Lernpaket Einstieg in die Elektronik

Der erfolgreiche Einstieg in die Elektronik erfordert klare Vorstellungen von den Vorgängen im elektrischen Stromkreis. Ladung, Strom, Spannung, Leistung, Energie und Widerstand sind die Grundbegriffe, die man nicht nur theoretisch beherrschen sollte, sondern die man in realen Schaltungen anwenden können sollte. Hier werden einfache Versuche zum Stromkreis vorgestellt, die diese Grundlagen anschaulich vermitteln sollen.

Legen Sie vier frische Mignonzellen in ein Batteriefach. Halten Sie den Widerstand mit den Farbringen braun, schwarz, braun (100 Ohm) direkt an die Anschlüsse. Der Widerstand wird warm, nach einiger Zeit sogar heiß. So haben Sie mit wenigen Handgriffen eine kleine elektrische Heizung gebaut. Was hier passiert, soll in den folgenden Abschnitten genauer untersucht werden.

Die elektrische Heizung

Ein Motor im Stromkreis

Grundlage der Elektrotechnik ist der elektrische Stromkreis. Auch komplexe Schaltungen beruhen auf einfachen Stromkreisen. Führen Sie zuerst einige Versuche durch. Dabei wird grundsätzlich eine elektrische Energiequelle und ein Verbraucher benötigt.

Verbinden Sie das Batteriefach über zwei Leitungen mit einem Motor, wie es das Foto zeigt. Die Leitungen wurden mit Absicht in einem Kreis ausgelegt, um den Strom-„kreis" anzudeuten. Die Kabel wurden übrigens speziell für die Fotos gekürzt.

Ein Stromkreis mit Batterie und Motor

Strom und Stromrichtung

Der Aufbau soll nun in einem Schaltbild betrachtet werden. Das Schaltbild zeigt die Batterie mit vier Zellen, den Motor und die beiden Verbindungsleitungen. Die Schaltung stellt einen geschlossenen Stromkreis dar. Sobald Sie eine der Krokodilklemmen lösen, unterbrechen Sie den Kreis und schalten damit den Strom ab.

Achtung! Vermeiden Sie unbedingt eine direkte Verbindung der Batteriepole ohne einen Verbraucher. Ein solcher Kurzschluss wäre zwar auch ein Stromkreis, es würde aber zu viel Strom fließen und eventuell die Kabel, zumindest aber die Batterie beschädigen.

Der einfache Stromkreis

Die Pfeile im Schaltbild zeigen die Richtung des fließenden Stroms. Strom fließt immer vom Pluspol der Batterie durch den Verbraucher zurück zum Minuspol der Batterie. Strom ist die Bewegung elektrischer Ladung, die ohnehin immer in jedem Material enthalten ist. Tatsächlich wird die bewegte elektrische Ladung von kleinsten negativ geladenen Teilchen, den Elektronen getragen, die sich genau in Gegenrichtung zum elektrischen Strom bewegen. Die Stromrichtung ist letztlich historisch durch eine willkürliche Definition festgelegt worden. Danach tragen die positiven Protonen im Inneren der Atomkerne eine positive Ladung, die kleineren Elektronen dagegen eine negative.

Der elektrische Strom wird in Ampere (A) gemessen, die elektrische Ladung in Coulomb (C). Wenn eine Ladung von 1 C sich in einer Sekunde durch den Draht bewegt, beträgt die Stromstärke 1 A. Die Stromstärke kann mit einem Messgerät gemessen werden, was weiter unten genauer erläutert wird. Aus der Stromstärke und einer gemessenen Zeit kann auch die insgesamt bewegte elektrische Ladung berechnet werden. Vorerst sollen aber nur Versuche ohne Messungen vorgestellt werden. Sie erhalten bereits viele Hinweise, wann mehr oder weniger Strom fließt, Sie brauchen sich jedoch noch nicht mit genauen Messwerten auseinandersetzen.

Vertauschen Sie nun die Anschlüsse an der Batterie oder am Motor. Sie werden feststellen, dass sich die Drehrichtung des Motors ändert. Es handelt sich aber weiterhin um einen einfachen (unverzweigten) Stromkreis, auch wenn die Schaltung nun etwas anders aussieht.

Umkehrung der Drehrichtung