Big Bang Physik 6, Schulbuch

88  GG 6.2/G 6.2 Elektrizitätslehre/Elektrische Energie Abb. 23.28:  Bei einem Verteiler ist das Prinzip der Parallelschaltung besonders gut zu sehen. Parallelschaltung Wie groß ist der Widerstand bei einer Parallelschaltung ? Überlegen wir wieder anhand von fließendem Wasser. 1) Das Wasser teilt sich bei der Insel auf (Abb. 23.29). Weil nichts zu- oder abfließt, muss die Summe der Teilströme ( I 1  + I 2 ) so groß sein, wie der Gesamtstrom vor der Insel ( I ). 2) Der Höhenunterschied der beiden Teilströme zwischen Verzweigung und Zusammenfluss muss gleich groß sein – sonst würde das Wasser ja in zwei Etagen weiterfließen. Auch bei der Parallelschaltung (Abb. 23.30) teilt sich der Strom auf und es gilt: I = I 1 + I 2 . Was für den Höhenunter- schied des Wassers gilt, gilt auch für den „elektrischen Höhenunterschied“. Der Spannungsabfall in den beiden Widerständen muss gleich groß sein. Es gilt U 1 = U 2 = U . Es gilt übrigens generell, auch bei komplizierten Schaltungen, dass die Summe der Spannungen in einer geschlossenen Leiter-Masche immer null ist. Das nennt man die zweite Kirchhoff’sche Regel . Und jetzt wieder das Ohm’sche Gesetz: I = I 1 + I 2 Þ ​  U  __  R ​ = ​ U  __  R 1  ​ + ​ U  __  R 2  ​ ​ 1  __  R ​= ​ 1  __  R 1 ​+ ​ 1  __  R 2 ​ Bei einer Parallelschaltung ist der Kehrwert des Gesamt­ widerstandes die Summe der Kehrwerte der Einzelwider- stände. i Abb. 23.29:  Die Margareteninsel in Budapest Abb. 23.30:  Die Summe von U 1 und U 2 in dieser Leiter- schleife ist null. (Vorzeichen beachten!) Abb. 23.31:  Bei einem Verteiler ist das Prinzip der Parallelschaltung besonders gut zu sehen. Serienschaltung Wie groß ist der Widerstand bei einer Serienschaltung ? Wenn Wasser hintereinander über zwei Stufen hinunterfällt, ist der gesamte Höhenunterschied natürlich die Summe der beiden Gefälle. Beim Strom ist es genauso. Der gesamte Spannungsabfall ist immer so groß, wie die Summe der ein- zelnen Spannungsabfälle: U = U 1 + U 2 . Auf der anderen Seite fließt durch beide Widerstände der- selbe Strom, weil ja nicht ir- gendwo Ladungen aus dem Lei- ter tröpfeln. Daher gilt I = I 1 = I 2 . Dieser Zusammenhang ist als die erste Kirchhoff’sche Regel bekannt. Und jetzt müssen wir nur mehr das Ohm’sche Ge- setz anwenden: U = U 1 + U 2 Þ I · R = I 1 · R 1 + I 2 · R 2 = I · R 1 + I · R 2 R = R 1 + R 2 Bei einer Serienschaltung ist der Gesamtwiderstand die Summe der Einzelwiderstände. i Abb. 23.32 23.6 Fünfzig Milliarden Watt Stromarbeit und Stromleistung Elektrische Energie kann in andere Energieformen umgewandelt werden. Hier erfährst du, welcher Zusammenhang zwischen Spannung, Stromstärke und Leistung elektrischer Geräte besteht. Wir sehen uns Fälle an, in denen nur Ohm‘sche Widerstände vorkommen. Die in den Ladungen gespeicherte elektrische Energie wird beim Stromfluss wieder frei und in andere Energieformen ungewandelt, etwa in Bewegung , Licht und Wärme . So wird zum Beispiel bei Elektroherd, Wasserkocher, Bügeleisen oder Heizstrahler die gesamte elektrische Energie in Wärme umgewandelt (Abb. 23.33). Welcher Zusammenhang besteht zwischen Spannung und Arbeit (Kap. 22.2, S. 76)? Welcher Zusammenhang besteht zwischen Arbeit und Leistung? Schau nach in Kap. 8.5, „Big Bang 5“. Die Stromabrechnung für den Haushalt erfolgt in Kilowattstunden. Was meint man damit? Und wie hoch ist die Spannung im Hausnetz? Wie viele Ampere fließen durch einen PC bei 100W? Und durch ein E-Backrohr bei 3000W? Wie viele Liter Wasser könnte man mit der Energie eines großen Blitzes zum Kochen bringen: a) 15, b) 150, c) 1500 oder d) 15.000? F23 W1  F24 W2  F25 W1  F26 W1  Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv