124 Bei a handelt es sich um eine Serienschaltung, bei b um eine Parallelschaltung (B 20.7). An welcher Stelle sich bei a die Lampen befinden, ist Geschmackssache. B 20.7 Schaltpläne zu B 15.40, S. 72 Mit jeder Lampe bei a erhöht sich der Widerstand. Weil die Spannung gleich bleibt, sinkt daher die Stromstärke ab und die Lampen leuchten immer schwächer. Bei b beeinflussen einander die Lampen jedoch nicht. Wenn du bei a eine Lampe herausdrehst, dann wird der Stromkreis unterbrochen und alles ist dunkel. Bei b hat das Herausdrehen einer Lampe keine Auswirkung auf die anderen. Damit in Serie geschaltete Lämpchen leuchten, braucht man eine dementsprechend hohe Spannung (zum Beispiel 230V aus der Steckdose), sonst bleibt die Lichterkette dunkel. Es gibt auch die Möglichkeit, eine niedrigere Spannung zu verwenden, aber dann müssen die Lämpchen einen sehr niedrigen Widerstand besitzen, wie das zum Beispiel bei Leuchtdioden der Fall ist. Bei a handelt es sich um ein Voltmeter, bei b um ein Amperemeter. Die Schaltungen a und d sind falsch dargestellt. Ein Amperemeter gehört in Serie geschaltet (b), damit der gesamte Strom durchfließen kann. Es hat einen sehr geringen Widerstand. Würde man es parallel schalten (a), würde das zu einem Kurzschluss führen, weil der gesamte Strom dann über das Amperemeter fließen würde. Ein Voltmeter muss den „elektrischen Höhenunterschied“ messen und daher parallel geschaltet werden (c). Es hat einen sehr großen Widerstand. Würde man es in Serie schalten (d), dann würde es den Stromfluss behindern, und die Lampe würde nicht mehr leuchten. Eingesteckte Geräte sind parallel geschaltet. Wären sie hintereinander geschaltet, würde mit dem Anstecken eines weiteres Geräts der Stromfluss sinken. Durch Einsetzen in R = U/I erhältst du 4,5V/0,2 A = 22,5 Ω. Fall a lässt sich leicht im Kopf ausrechnen. Der Gesamtwiderstand der Serienschaltung ist die Summe der Einzelwiderstände und beträgt daher 200 Ω. Bei Fall b bei musst du in die Formel aus B 15.29 b (S. 69) einsetzen: 1 __ R = 1 __ R 2 + 1 __ R 3 = 1 ____ 100 Ω + 1 ____ 100 Ω = 2 ____ 100 Ω = 1 ____ 50 Ω . Es verblüfft auf den ersten Blick, dass der Gesamtwiderstand geringer wird. Aber es wird bildlich gesprochen ein „zweites Rohr“ wie in B 15.29 b (S. 69) eröffnet. Und dadurch sinkt der Gesamtwiderstand ab. a) Die Stromstärke sinkt ab. b) Das bedeutet umgekehrt, dass der Widerstand gestiegen sein muss. Es gilt ja I = U/R↑. Auf Grund des größeren Widerstandes kann nur weniger Strom fließen. c) Durch die Zusammenstöße zwischen Elektronen und Atomen A 27 A 28 A 29 A 30 a b 4,5 V 4,5 V V A B 20.8 A 31 A 32 A 33 A 34 A 35 erwärmt sich der Leiter. Die Atome schwingen also heftiger und brauchen dabei – vereinfacht gesagt – etwas mehr Platz. Die Elektronen können sich nun schwerer vorbeizwängen. Der Widerstand ist durch die Erwärmung also gestiegen. a) Je länger der Draht, desto größer der Widerstand: doppelte Länge, doppelter Widerstand; dreifache Länge, dreifacher Widerstand und so weiter. Im Prinzip werden hier Widerstände hintereinander geschalten. b) Je größer die Fläche, desto kleiner wird der Widerstand: doppelte Fläche: halber Widerstand; dreifache Fläche: ein Drittel Widerstand und so weiter. c) Den niedrigsten Widerstand hat Kupfer, gefolgt von Eisen und Konstantan (eine Metallmischung, die vor allem aus Kupfer und Nickel besteht). Du erzeugst im Prinzip eine Parallelschaltung zwischen Lämpchen und Büroklammer. Weil der Widerstand im Lämpchen viel größer ist als in der Büroklammer, fließt praktisch der gesamte Strom durch die Überbrückung und die Birne wird dunkel. Eine ähnliche Situation liegt beim Vogel auf der Hochspannungsleitung vor. Deshalb kann dem Vogel in diesem Fall nichts passieren. Es handelt sich hier um eine Serienschaltung, ähnlich wie bei der Volta-Säule in B 15.35 (S. 71). Die Spannungen addieren sich. Es handelt sich dabei um Widerstände. Die Farbcodes geben Aufschluss über die Ohm. Batterien enthalten einerseits wertvolle Metalle, andererseits aber auch umweltschädliche Stoffe. Deshalb darfst du sie nicht in den Hausmüll werfen, sondern musst sie bei den dafür eingerichteten Sammelstellen abgeben, etwa in Supermärkten oder Elektrogeschäften. Kapitel 16 1, 2 und 5 Cent sind magnetisch. Das überrascht, weil sie ja scheinbar aus Kupfer sind. Tatsachlich ist aber der Kern, der beinahe 95 % der Masse ausmacht, aus Eisen. Nicht magnetisch sind 10, 20 und 50 Cent. Sie bestehen aus „Nordischem Gold“, einer Mischung aus 89 % Kupfer, 5 % Aluminium, 5 % Zink und 1 % Zinn. Das sind alles keine ferromagnetischen Metalle. 1 und 2 Euro sind leicht magnetisch, weil sie zu etwa 25 % aus Nickel bestehen, sonst aber vor allem aus nichtmagnetischem Kupfer. Das Magnetfeld der Erde kann durch das Eisen der Schiffe abgeschwächt oder sogar komplett zum Verschwinden gebracht werden, etwa innerhalb eines geschlossenen, metallischen Bereichs (B 20.9). Innerhalb eines Hauses kann die Ablenkung der Magnetnadel durch Stahlbeton oder durch Stromleitungen erfolgen, die ja ein Magnetfeld erzeugen. Tatsächlich ist es so, dass sich im Norden der Erde der magnetische Südpol befindet. Warum? Reine Definitionssache! Man hat nämlich zuerst das Ende der Magnetnadel, das nach Norden zeigt, Nordpol genannt. Weil sich ungleichnamige Pole anziehen, muss daher im Norden der erdmagnetische Südpol sein. Nein, du bekommst wieder zwei Magnete mit Nord- und Südpol. Das liegt daran, dass das Magnetfeld ja von den „hintereinander geschalteten“ Elementarmagneten kommt (B 20.10). Daher gibt es niemals einzelne Pole. A 36 A 37 A 38 A 39 A 40 A 12 A 14 B 20.9 Geschlossene Bereiche aus Metall schirmen das Magnetfeld ab. A 15 A 17 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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