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==Praktikum elektrische Schaltungen==
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;Material für alle Aufgaben:
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*1 Netzgerät bis 12V Spannung
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*2 Kabel
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*1 Steckplatte
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*2 Lämpchen
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*2 Schalter
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*10 Brückenstecker
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<math>\qquad</math>
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[[Datei:Praktikum Schaltungen STROMKREIS MATERIAL klein.jpg|300px]]
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[[Datei:Schaltplan Stromkreis mit Lämpchen und Spannungsquelle.png|250px]]
 
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==Elektrischer Energietransport: Beladungsmaß und Leistung==
 
====Versuch: Eine helle Lampe====
 
;Aufbau
 
[[Datei:Stromkreis_Versuch_zwei_Lampen_Potential_als_Energiebeladungsmaß.jpg|thumb|Die linke Lampe ist an ein Netzgerät angeschlossen, die rechte über einen Schalter an die Steckdose.]]
 
Eine 60W-Glühbirne ist an der Steckdose angeschlossen, die andere (12V/250mA) wird mit einem Netzgerät betrieben. Bei beiden Lampen wird die Stromstärke gemessen.
 
;Beobachtung
 
Durch beide Lampen fließt der gleiche Strom mit einer Stärke von ca. 0,25 Ampère, aber die an der Steckdose angeschlossene Lampe ist viel heller!
 
  
;Folgerung
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;A1 Zwei Lämpchen schalten
Offensichtlich ist "der Strom aus der Steckdose" anders als "der Strom aus dem Netzgerät". Der "Steckdosenstrom" transportiert mehr Energie!
+
Baue einen Stromkreis mit zwei Lämpchen auf, so dass
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:a) beide Lämpchen '''mit einem Schalter''' ein- und ausgeschaltet
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:b) beide Lämpchen '''mit zwei Schaltern''' getrennt geschaltet werden können.
  
====Versuch: Kichererbsentransport====
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Zeichne zu beiden Fällen einen Schaltplan ins Heft.
;Aufbau
+
[[Datei:Energiestromstärke Leistung Versuch Erbsenstromstärke.png|400px|left]]
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In einer Kiste auf einer Seite des Raumes befinden sich Erbsen. (Man kann auch Streichhölzer nehmen.) Die Erbsen sollen in eine noch leere Kiste auf der anderen Seite transportiert werden. Aber jede Person darf nur zwei Erbsen nehmen!
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Wir arbeiten zusammen und schauen, wie schnell wir die Erbsen transportieren können.
+
;A2 UND-Schaltung
<br style="clear: both" />
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:a) Baue eine Schaltung mit einem Lämpchen und zwei Schaltern S1 und S2 auf, so dass das Lämpchen nur leuchtet, wenn S1 '''und''' S2 geschlossen sind.  
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:b) Zeichne den Schaltplan.
  
;Messwerte und Auswertung
+
;A3 ODER-Schaltung
In diese leere Tabelle schreiben wir unsere Ergebnisse:
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:a) Baue eine Schaltung mit einem Lämpchen und zwei Schaltern S1 und S2 auf, so dass das Lämpchen nur leuchtet, wenn S1 '''oder''' S2 geschlossen ist.<ref>Auch wenn beide Schalter geschlossen sind, darf die Lampe leuchten. Man nennt das ein '''einschließendes oder'''. Beispiel: "Wenn ich von Oma oder meinen Eltern 100€ geschenkt bekomme, dann kann ich mir neue Schuhe kaufen." Wenn ich also von beiden Geld bekomme, dann reicht es auf jeden Fall.<br>Im Alltag verwendet man häufig auch ein ausschließendes oder, bei dem nicht beide Fälle gleichzeitig auftreten: "Ich komme heute Abend mit dem Rad oder mit dem Bus." Man wird also nicht mit dem Rad und mit dem Bus gleichzeitig kommen, das schließt sich aus.</ref>  
{|class="wikitable" style="text-align: center"
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:b) Zeichne den Schaltplan.
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Erbsen-<br>beladung
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Zeit-<br>spanne
+
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Personen-<br>anzahl
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Erbsen-<br>anzahl
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!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Personen-<br>stromstärke
+
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Erbsen-<br>stromstärke
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|-
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<math>2\,\rm \frac{E}{P}</math>
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Ob wir uns bei den Erbsen verzählt haben, kann man leicht überprüfen. Die Personenanzahl multipliziert mit der Erbsenbeladung muss die Erbsenanzahl ergeben!
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Die Stromstärken berechnen sich als Personen pro Zeit und als Erbsen pro Zeit.
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Man bemerkt, dass man die Erbsenstromstärke auch mit Hilfe der Personenstromstärke ausrechnen kann. Dazu muss man nur die Personenstromstärke mit der Beladung multiplizieren!
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==Vergleich des Erbsentransports mit dem elektrischen Energietransport==
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Mit Hilfe des Erbsentransportes können wir erklären, warum die Lampen so unterschiedlich hell leuchten. Dazu vergleichen wir den Erbsentransport durch Personen mit dem Energietransport durch die elektrische Ladung:
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*Die im Kreis laufenden Personen entsprechen der im Kreis fließenden Ladung: <math> \text{1 Person } \widehat{=} \text{ 1 Coulomb}</math>
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*Die transportierten Erbsen entsprechen der transportierten Energie: <math> \text{1 Erbse } \widehat{=} \text{ 1 Joule}</math>
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*Die Erbsenbeladung entspricht dem elektrischen Potential: <math> \text{1 Erbse pro Person } \widehat{=} \text{ 1 Joule pro Coulomb} = \text{1 Volt}</math>
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Jetzt können wir die entsprechende Tabelle aufstellen:
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{|class="wikitable" style="text-align: center"
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Energie-<br>beladung
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Zeit-<br>spanne
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!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Ladungs-<br>menge
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!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Energie-<br>menge
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!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
(Ladungs-)<br>Stromstärke
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!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Energie-<br>stromstärke<br>(Leistung)
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|-
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
<math>12\,\rm V = 12\,\rm \frac{J}{C}</math>
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+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|-
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
<math>230\,\rm V = 230\,\rm \frac{J}{C}</math>
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|}
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Weil wir die Zeitdauer nicht kennen, die Lampen können ja eine Sekunde oder eine Stunde lang angeschaltet sein, können wir uns eine wählen.  
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Wählt man als Zeitdauer eine Sekunde, ist es einfach die geflossene Ladungsmenge zu bestimmen, denn bei einer Stromstärke von 0,25 Ampère fließen ja gerade 0,25 Coulomb pro Sekunde!
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;A4 Zusatzaufgabe Die WECHSEL-Schaltung
In zwei Sekunden fließen daher 0,5 Coulomb usw.
+
Eine WECHSEL-Schaltung besteht ebenfalls aus einer Lampe und zwei besonderen Schaltern mit drei Anschlüssen. Hier kann man aber von jedem Schalter aus die Lampe ein- oder ausschalten (Bsp. Mehrere Lichtschalter im Zimmer).
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:a) Wie sieht so eine Wechselschaltung aus? Überlege mit einer Skizze.
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:b) Holt euch für diesen Versuch zwei WECHSELSCHALTER aus dem Schrank und baut eure Schaltung auf.
  
Die transportierte Energiemenge ergibt sich aus der geflossenen Ladung mal dem Beladungsmaß.
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Auf [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/einfache-stromkreise/aufgaben/wechselschaltung-animation dieser Seite] könnt ihr die Lösung nachschlagen.
  
Die Energiestromstärke kann man jetzt entweder als Energie pro Zeit berechnen oder als Ladungsstromstärke mal Beladungsmaß.
+
==Fußnoten==
 +
<references>

Aktuelle Version vom 13. April 2026, 09:26 Uhr

Praktikum elektrische Schaltungen

Material für alle Aufgaben
  • 1 Netzgerät bis 12V Spannung
  • 2 Kabel
  • 1 Steckplatte
  • 2 Lämpchen
  • 2 Schalter
  • 10 Brückenstecker

[math]\qquad[/math]

Praktikum Schaltungen STROMKREIS MATERIAL klein.jpg

Schaltplan Stromkreis mit Lämpchen und Spannungsquelle.png

A1 Zwei Lämpchen schalten

Baue einen Stromkreis mit zwei Lämpchen auf, so dass

a) beide Lämpchen mit einem Schalter ein- und ausgeschaltet
b) beide Lämpchen mit zwei Schaltern getrennt geschaltet werden können.

Zeichne zu beiden Fällen einen Schaltplan ins Heft.

A2 UND-Schaltung
a) Baue eine Schaltung mit einem Lämpchen und zwei Schaltern S1 und S2 auf, so dass das Lämpchen nur leuchtet, wenn S1 und S2 geschlossen sind.
b) Zeichne den Schaltplan.
A3 ODER-Schaltung
a) Baue eine Schaltung mit einem Lämpchen und zwei Schaltern S1 und S2 auf, so dass das Lämpchen nur leuchtet, wenn S1 oder S2 geschlossen ist.[1]
b) Zeichne den Schaltplan.
A4 Zusatzaufgabe Die WECHSEL-Schaltung

Eine WECHSEL-Schaltung besteht ebenfalls aus einer Lampe und zwei besonderen Schaltern mit drei Anschlüssen. Hier kann man aber von jedem Schalter aus die Lampe ein- oder ausschalten (Bsp. Mehrere Lichtschalter im Zimmer).

a) Wie sieht so eine Wechselschaltung aus? Überlege mit einer Skizze.
b) Holt euch für diesen Versuch zwei WECHSELSCHALTER aus dem Schrank und baut eure Schaltung auf.

Auf dieser Seite könnt ihr die Lösung nachschlagen.

Fußnoten

  1. Auch wenn beide Schalter geschlossen sind, darf die Lampe leuchten. Man nennt das ein einschließendes oder. Beispiel: "Wenn ich von Oma oder meinen Eltern 100€ geschenkt bekomme, dann kann ich mir neue Schuhe kaufen." Wenn ich also von beiden Geld bekomme, dann reicht es auf jeden Fall.
    Im Alltag verwendet man häufig auch ein ausschließendes oder, bei dem nicht beide Fälle gleichzeitig auftreten: "Ich komme heute Abend mit dem Rad oder mit dem Bus." Man wird also nicht mit dem Rad und mit dem Bus gleichzeitig kommen, das schließt sich aus.