Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

3.2 Serien- und Parallelschaltung Im Folgenden geht es um elementare Elektrotechnik, nämlich wie mehrere Ver- braucher zusammenspielen. a Serienschaltung von Widerständen – Spannungsteilung Experiment: Lämpchen in Serie 88.1 Du brauchst: Batterie als Spannungsquelle, zwei Lämpchen mit Fassung, ein Am- peremeter, mindestens ein Voltmeter, Kabel. E 1 a) Baue einen Stromkreis mit 2 Verbrauchern (Lämpchen) hintereinander (in Serie) auf ( 88.1 ) und miss die Stromstärke an verschiedenen Stellen im Strom- kreis und die Spannungen an den Lämpchen. Protokolliere deine Beobachtungen. E 1 b) Was passiert im Stromkreis, wenn du ein bzw. beide Lämpchen heraus- schraubst? Wir fassen zusammen: Das Beispiel ( 88.1 ) stellt eine Serienschaltung aus zwei hintereinander geschalteten Widerstandsbauteilen dar. Bei Anlegen einer Spannung muss durch jeden der zwei Widerstände der gleiche Strom I fließen, da Leitungselekt- ronen weder erzeugt noch vernichtet werden. Die Gesamtspannung U , die an den Widerständen liegt, setzt sich aus den zwei Teil- spannungen U 1 und U 2 zusammen (2. Kirchhoff‘sche Regel). U = U 1 + U 2 Für jeden Widerstand gilt die Ohm’sche Beziehung: U 1 = I · R 1 , U 2 = I· R 2 , U = U 1 + U 2 = I ·( R 1 + R 2 ) = I · R , also R = R 1 + R 2 . Bei Serienschaltung ist der Gesamtwiderstand R gleich der Summe der Einzelwiderstände. R = R 1 + R 2  Spannungsregelung – Radio, Joystick, Drive/Fly by Wire Sehr oft braucht man eine regelbare Spannung, z. B. um die Lautstärke am Radio einzustellen. Das Netzgerät der Anlage liefert eine feste Spannung. Um eine regel- bare Spannung zu erhalten, benutzt man einen veränderbaren Widerstand, z. B. ei- nen Schiebe- oder Drehwiderstand ( 88.4 und 88.5 ), bei dem ein Gleitkontakt z. B. längs einer Drahtspule verschoben wird. Dazu gibt es zwei verschiedene Schaltungen: In 88.2 wird die Spannung der Quelle auf den Verbraucher (Lämpchen) und den veränderbaren Widerstand aufgeteilt. Die Teilspannungen am Verbraucher und am Regelwiderstand verhalten sich wie die Widerstände im Stromkreis. Eine andere, häufig verwendete Regelung (Spannungsteiler, Potentiometer) zeigt 88.3. Die Spannung zwischen dem Gleitkontakt und einem der Anschlüsse kann zwischen null und der Spannung der Quelle verändert werden. Damit kann z. B. die Stellung eines Joysticks von einem Computer erkannt und als Input in einem Pro- gramm verarbeitet werden. Mit Joy-Stick erfolgt auch die Eingabe von Befehlen an die Steuerungssoftware von Flugzeugen.  A V V U 1 U 2 I 88.1 2 Lämpchen werden hintereinander geschaltet. Das Amperemeter misst den Strom durch beide Lämpchen. Wie groß sind die Spannungen U 1 , U 2 ? Miss den Strom an verschiedenen Stellen des Stromkreises. Was passiert, wenn eine Lampe herausgeschraubt wird? 1 2 3 U 88.2 Spannungsregelung durch einen in Reihe geschalteten veränderlichen Wider- stand. Der Gesamtwiderstand des Strom - kreises setzt sich zusammen aus dem Wider- stand am Verbraucher und dem Widerstand zwischen den Punkten 1 und 2. Spannungsquelle regelbarer Widerstand Gleitkontakt Teilspannung U – + – + R 1 R 2 U 1 88.3 Potentiometerschaltung: Durch den Gleitkontakt wird die Spannung U im Verhält- nis der Widerstände R 1 , R 2 geteilt. 88.4 Schiebewiderstand mit Schleifkontakt 88.5 Drehwiderstand 88 ENERGIEVERSORGUNG Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv