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Schülerversuche zum unverzweigten Stromkreis |
1. Versuch: Auf dem Schaltbrett wird ein Stromkreis aufgebaut mit Stromquelle, Schalter und Lämpchen als Stromanzeiger. Wegen einer fehlenden Leiterbrücke fließt zunächst kein Strom. Schließt ein Widerstand den Stromkreis, wird ein Strom ermöglicht. Baut man nach und nach weitere Widerstände in den Stromkreis, wird der Strom immer stärker begrenzt; das Lämpchen leuchtet immer schwächer: Ein Widerstand stellt den Strom auf einen endlichen Wert ein.
Ergebnis:
| Ein Widerstand hat die Aufgabe, einen Strom durchzulassen und ihn zu begrenzen |
| 2. Versuch: Es dauert eine gewisse Zeit lang, bis der so
eingestellte, konstante (stationäre) Strom fließt. Bei einem
ohmschen Widerstand würde diese Zeit Bruchteile einer Mikrosekunde
dauern. Bei der Glühlampe muss sich zusätzlich erst eine konstante
Temperatur einstellen. Dieser "Einschaltvorgang" wird so bis in
den erkennbaren Bereich hinein verlängert. (siehe Video rechts; Aufbau auf Leybold-Rastersteckplatte) |
3. Unsere Überlegungen beziehen sich auf den konstanten (stationären) Strom. Dabei hat sich (während des Einschaltvorgangs) überall der gleiche Strom bereits eingestellt. Er fließt - dann unverändert - immer im Kreis herum. Er wird an keiner Stelle (zusätzlich) geschwächt.
Versuch: Miss die Stromstärke durch Einbau des Strommessers oder eines Lämpchens als Stromanzeiger an verschiedenen Stellen eines Stromkreises mit Widerständen.
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Überall im unverzweigten Stromkreis fließt ein Strom gleicher Stromstärke. Der Strom fließt immer ohne Verlust im Kreis herum. |
Erst jetzt neue Beobachtung:
| 4. Der Strom transportiert auch Energie von der
Stromquelle zum "Verbraucher" hin. Dort wird Energie nach außen
hin abgegeben. Es fließt keine Energie zur Strom-/Energiequelle
zurück. Versuch a): Das wird durch einen kleinen Elektromotor gezeigt, eventuell mit Propeller, der elektrische Energie (Stromarbeit) in mechanische Energie umwandelt. Wenn die Energie der Stromquelle allmählich aufgezehrt wird, ist diese auch immer weniger in der Lage, den anfänglichen Strom weiterhin durch den Stromkreis zu pumpen. Versuch b): Ein Kondensator (typ. 1000 µF) wird dazu über einen Vorwiderstand geladen und dann über eine LED entladen. Die abnehmende Stromstärke bei sich allmählich entladendem Kondensator (immer weniger gespeicherte Energie) wird mit einer LED als Stromanzeiger demonstriert. (siehe Video rechts zu Versuch 4a: Aufbau auf Leybold-Rastersteckplatte) (im Bild: zwei gegeneinander in Reihe geschaltete Elektrolyt-Kondensatoren: hier belanglos, nur für Wechselstromversuche)
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| Zu Versuch 4a: Energie wird durch Vermittlung des Stroms
gerichtet von der Strom-/Energiequelle in den "Verbraucher"
transportiert |
Leybold-Rastersteckplatte mit DIN A4-Auflageblatt zu Versuch 4a |
| Also: Während des Einschaltvorgangs begrenzt der Widerstand (Verbraucher, Engstelle) die Größe des Stroms, d.h. er stellt ihn auf einen konstanten endlichen Wert ein. Der so eingestellte Strom fließt dann überall im unverzweigten Stromkreis ungeschwächt immer im Kreis herum. Dagegen fließt Energie gerichtet von der Strom-/Energiequelle in den "Verbraucher" und nicht mehr zu ihr zurück. |
Wenn man sagt, "der Widerstand begrenzt die Größe des Stroms", ist nicht gemeint, dass vor dem Widerstand eine andere Stromstärke herrscht als nach ihm, sondern dass der Widerstand während des Einschaltvorgangs dafür sorgt, dass die Stromstärke nicht über alle Grenzen wächst.
(Dezember 2022: Videoformat aktualisiert)