Stromkreise und Schaltungen
8. Klasse
elektrischer Strom und elektrische Ladung
Datum:
Name: M 3
Verfasser: M.Kowalczyk
______________elektrischer Stromkreise und Schaltpläne__________________
Elektrischer Strom wird vielseitig genutzt und ist aus unserem Alltag kaum wegzudenken. Um ihn sinnvoll und dauerhaft in Geräten verwenden zu können, ist ein elektrischer Stromkreis notwendig.
Die Bestandteile eines jeden Stromkreises sind eine elektrische Energiequelle, ein Energieumwandler und die elektrischen Leiter, die die Bauteile leitend miteinander verbinden. Jedes dieser genannten Bauteile hat ein eigenes Schaltzeichen. Schaltzeichen sind eindeutige und einfache Zeichen, die benutzt werden um einen Schaltplan (eine sauber gezeichnete Skizze, die den Aufbau des elektrischen Stromkreises zeigt) abzubilden
Um einen Schaltplan / eine Skizze von einem elektrischen Stromkreis anzufertigen, gibt es folgende Regeln:
1) Es werden nur die offiziellen Schaltzeichen verwendet.
2) Elektrische Leiter (Kabel) werden immer als gerade Linie mit Lineal gezeichnet.
3) Schaltzeichen werden nicht auf Ecken, sondern immer möglichst zentral auf einem elektrischen Leiter platziert.
4) Ecken werden rechtwinklig gezeichnet.
___________________Parallel- und Reihenschaltung_______________________
Es gibt aber natürlich auch noch andere Schaltungen, die etwas komplizierter sind. Diese unterscheiden sich in der Art und Weise wie die verschiedenen Energieumwandler und Schalter (oder anderen Bauteile) zueinander geschaltet sind.
Es gibt Schaltungen, bei denen alle Bauteile hintereinander geschaltet sind, das heißt, dass von der elektrischen Energiequelle ein elektrischer Leiter zum ersten Bauteil und ein zweiter elektrischer Leiter von dort zum nächsten Bauteil verläuft. Dies geht mit allen weiteren Bauteilen so weiter, bis vom letzten Bauteil ein elektrischer Leiter die Verbindung zum zweiten Pol der elektrischen Energiequelle herstellt. Da in einer solchen Anordnung alle Bauteile in einer Reihe hintereinander geschaltet sind, spricht man von einer Reihenschaltung.
Im Gegensatz dazu können Bauteile auch so in den Stromkreis eingebaut werden, dass sie alle unabhängig von den anderen Bauteilen mit der elektrischen Energiequelle verbunden sind. Die Bauteile sind dann nicht hintereinander in einer Reihe, sondern parallel zueinander geschaltet, man spricht von einer Parallelschaltung.
a) b)
Abbildung 2: Schaltpläne zu einer Reihen- und einer Parallelschaltung
Spannungsquelle
Energieumwandler/Glühlampe elektrischer Leiter
Parallelschaltung Reihenschaltung
Abbildung 1: Schaltplan zu einem einfachen elektrischen Stromkreis
Stromkreise und Schaltungen
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Name: M 3
Verfasser: M.Kowalczyk
Nicht nur die elektrischen Energieumwandler (z.B. eine Glühlampe), sondern auch alle anderen Bauteile können parallel oder in Reihe in einem Stromkreis eingebaut werden. Besonders wichtig für unseren Alltag ist die Anordnung von mehreren Schaltern ( ).
Sind mehrere Schalter in einem Stromkreis in Reihe geschaltet, kann der elektrische Strom nur fließen, wenn alle Schalter geschlossen sind. Bei drei Schaltern müssen Schalter eins und Schalter zwei und Schalter drei geschlossen sein, man spricht dann von einer UND-Schaltung.
Sind mehrere Schalter eines Stromkreises parallel geschaltet, kann der elektrische Strom fließen, sobald mindestens einer von ihnen geschlossen ist. Bei drei Schaltern muss also Schalter eins oder Schalter zwei oder Schalter drei geschlossen sein, man spricht dann von einer ODER- Schaltung.
Eine besondere Schaltung ist die WECHSEL-Schaltung, für die zwei Wechselschalter ( ) benötigt werden. Diese beiden Wechselschalter werden in Reihe geschaltet. Wenn beide Schalter in der gleichen Stellung sind (also beide oben oder beide unten) kann ein elektrischer Strom fließen, sind beide in unterschiedlicher Stellung, fließt kein elektrischer Strom. Auf diese Weise können in einem Zimmer mit zwei Lichtschaltern an verschiedenen Orten unabhängig das Licht ein- oder ausgeschaltet werden.
Aufgaben:
1. Finde passende Teilüberschriften! (siehe Beispiele über den Absätzen)
2. Finde in deiner Formelsammlung/deinem Tafelwerk eine Übersicht über die Schaltzeichen in elektrischen Stromkreisen!
„DUDEN – Formeln und Werte“ Seite 58
„Cornelsen – Das neue Tafelwerk“ Seite 63
3. Gib die Bezeichnung (Namen) aller Bestandteile des Schaltplans in „Abbildung 1“
an! (siehe Abb. 1)
4. Ordne die Begriffe Reihenschaltung und Parallelschaltung den Schaltkreisen (a und b) in „Abbildung 2“ zu! (siehe Abb. 2)
5. Erkläre deine Zuordnung zu „Aufgabe 4“!
Die erste Schaltung in der zweiten Abbildung ist eine Parallelschaltung, da alle drei Energiewandler (Glühlampen) unabhängig voneinander mit der Spannungsquelle verbunden sind.
Bei der zweiten Schaltung handelt es sich um eine Reihenschaltung, da alle drei Energiewandler (Glühlampen) direkt miteinander und in einer Reihe verbunden sind. Es gibt keinerlei Abzweigungen.
6. Ordne die Begriffe UND-Schaltung, ODER-Schaltung und WECHSEL-Schaltung den Schaltkreisen (a bis c) in „Abbildung 3“ zu! (siehe Abbildung 3)
7. Erkläre deine Zuordnung in „Aufgabe 6“!
Unter a) würde der Stromkreis geschlossen sein, wenn einer der beiden Schalter geschlossen ist, deshalb ist es eine ODER-Schaltung.
In der zweiten Schaltung (b) schließt sich der Stromkreis immer dann, wenn sich beide Schalter in der gleichen Stellung befinden, aus diesem Grund ist es eine WECHSEL-Schaltung.
Bei der letzten Schaltung (c) wird der Stromkreis nur geschlossen, wenn beide Schalter (also Schalter 1 und Schalter 2) geschlossen sind, es handelt sich also um eine UND-Schaltung.
8. Zeichne, unter Beachtung der Regeln, jeweils einen Schaltplan, der zu einem Stromkreis passt, der … (individuelle Schaltungen – Beispiele siehe unten)
a. … eine Glühlampe mit einem Schalter ein- bzw. ausschalten kann!
b. … zwei Glühlampen mit einem Schalter ein- bzw. ausschalten kann!
c. … nur eine von zwei Glühlampen mit einem Schalter ein- bzw.
ausschalten kann!
d. … eine Glühlampe nur dann leuchten lässt, wenn zwei von zwei Schaltern geschlossen sind!
e. … zwei Glühlampen und drei Schalter enthält!
a
)
b) c)Abbildung 3: Schaltpläne zu einer UND-, einer ODER- und einer WECHSEL-Schaltung ________________spezielle Schaltungen mit Schaltern______________________
ODER-Schaltung WECHSEL-Schaltung UND-Schaltung
Stromkreise und Schaltungen
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Verfasser: M.Kowalczyk
9. Ordne die Begriffe UND-Schaltung, ODER-Schaltung und WECHSEL-Schaltung deinen Schaltkreisen (8a bis 8e) in zu! (Trage dazu die Begriffe in die Abbildung ein!) (siehe Beispiele rechts)
10. Erkläre deine Zuordnung in „Aufgabe 9“! (passend zu den Beispielen)
Die ersten drei Schaltungen können weder als UND-, ODER- noch als WECHSEL-Schaltung interpretiert werden, da es jeweils nur einen Schalter gibt.
Bei der vierten Schaltung müssen beide Schalter geschlossen sein, damit der Stromkreis geschlossen ist, deshalb handelt es sich um eine UND-Schaltung.
Die letzte Schaltung ist eine UND-Schaltung, da einer der beiden Schalter, die parallel zueinander geschaltet sind, und der dritte Schalter geschlossen sein müssen, damit der Stromkreis geschlossen ist.
zu 8 a) b)
Reihenschaltung Reihenschaltung
c) d)
Parallelschaltung UND-Schaltung
e)
UND-Schaltung
