Elektrische Stromkreise und Schaltpläne

Vielleicht hast du zu Hause eine Taschenlampe, einen Föhn, einen Fernseher oder eine Lichterkette. Aber wie funktioniert das eigentlich? Warum leuchtet deine Taschenlampe, wie wird dein Föhn heiss und warum kannst du auf deinem Fernseher ein Bild sehen? Die kurze Antwort auf diese Fragen ist „Strom“, genauer gesagt ein geschlossener Stromkreis.

Ohne einen geschlossenen Stromkreis kann ein elektrisches Gerät nicht funktionieren.

Minimaler elektrischer Stromkreis

Für einen sehr einfachen Stromkreis reicht sogar schon eine Lampe und eine Batterie, wobei die Lampe das elektrische Gerät ist und die Batterie die elektrische Energiequelle.

Um die Verbindung zwischen Batterie und Lampe leichter zu machen, werden meist noch zwei Kabel mit Klemmen verwendet. Schliesst man nun die Kabel am einen Ende jeweils an den beiden Polen der Batterie an und am anderen Ende an den beiden Kontakten der Lampe, so entsteht ein geschlossener Stromkreis. Es fliessen also elektrische Ladungen von der Batterie durch die Lampe und wieder zurück zur Batterie und die Lampe leuchtet. Diese fliessenden oder „strömenden“ Ladungen werden „Strom“ genannt.

Physik; Elektrische Ladung und Elektrisches Feld; 1. Sek / Bez / Real; Elektrische Stromkreise und Schaltpläne

Aber was würde passieren, wenn wir eine der Klemmen von der Batterie lösen würden? Richtig, die Lampe würde aufhören zu leuchten, weil der Strom ja nur in einem geschlossenen Stromkreis fliessen kann.

Schaltpläne und Schaltsymbole

Um elektrische Stromkreise übersichtlich darzustellen, kann man Schaltpläne zeichnen. Schaltpläne sind sozusagen eine Aufbauanleitung für einen Stromkreis.

Unsere einfache Schaltung mit Glühbirne, Kabel und Batterie würden wir in einem Schaltplan so darstellen:

Physik; Elektrische Ladung und Elektrisches Feld; 1. Sek / Bez / Real; Elektrische Stromkreise und Schaltpläne — Schaltplan eines minimalen elektrischen Stromkreises

Ein paar Beispiele für Komponenten eines elektrischen Stromkreises werden hier mit den folgenden Schaltsymbolen dargestellt:

Physik; Elektrische Ladung und Elektrisches Feld; 1. Sek / Bez / Real; Elektrische Stromkreise und Schaltpläne — Batterie

Physik; Elektrische Ladung und Elektrisches Feld; 1. Sek / Bez / Real; Elektrische Stromkreise und Schaltpläne — Glühlampe

Physik; Elektrische Ladung und Elektrisches Feld; 1. Sek / Bez / Real; Elektrische Stromkreise und Schaltpläne — einfacher Schalter (offen)

Physik; Elektrische Ladung und Elektrisches Feld; 1. Sek / Bez / Real; Elektrische Stromkreise und Schaltpläne — Elektromotor

Die Verbindungslinien (also die Kabel in unserem elektrischen Stromkreis) werden in einem Schaltplan immer gerade mit Lineal gezeichnet.

Ein Schalter kann in einen Stromkreis eingebaut werden, damit der Stromkreis unterbrochen und wieder geschlossen werden kann. Ist der Schalter zu, ist der Stromkreis geschlossen und unsere Lampe leuchtet beispielsweise. Ist der Schalter offen, ist der Stromkreis unterbrochen und unsere Lampe leuchtet nicht.

Beispiel 1

Baue einen elektrischen Stromkreis, um einen kleinen Elektromotor und eine Glühlampe mit einer Batterie betreiben zu können.

Zuerst musst du einen Schaltplan zeichnen. Überlege dir also, welche Schaltsymbole du für die Komponenten brauchst: Elektromotor, Glühlampe und Batterie.
Die Schaltsymbole müssen dann mit geraden Verbindungslinien verbunden werden.

Schaltplan

Der Strom fliesst also von der Batterie durch Elektromotor und Glühlampe zurück zur Batterie.
Stelle nun alle Geräte so auf den Tisch, wie im Schaltplan eingezeichnet und verbinde sie Kabel für Kabel miteinander.

Beispiel 2

Zurück zum Föhn. Wie funktioniert das also?

Einfach gesagt ist der Föhn das elektrische Gerät (so wie unsere Glühlampe also). Die Steckdose ist die elektrische Energiequelle (so wie unsere Batterie). Und der Schalter am Föhn, mit dem du ihn ein- und ausschalten kannst, funktioniert genauso wie der oben erklärte Schalter im Stromkreis.

Wenn du den Föhn einsteckst, funktioniert er zunächst noch nicht, da der Stromkreis durch einen offenen Schalter im Föhn unterbrochen ist. Wenn du dann auf den Schalter drückst und den Föhn einschaltest, wird der Stromkreis geschlossen, der Strom fliesst und dein Föhn funktioniert. Der Stromkreis wird natürlich auch unterbrochen, wenn du den Stecker aus der Steckdose ziehst, weil dein Föhn dann ja nicht mehr an die elektrische Energiequelle angeschlossen ist.

Elektrische Stromkreise mit mehreren Schaltern

Manche Geräte funktionieren erst, wenn zwei Schalter geschlossen sind. Wenn du beispielsweise die Spülmaschine anmachen willst, muss die Tür zunächst verschlossen sein und dann musst du noch auf „Start“ drücken. Solche sogenannten UND-Schaltungen sind häufig Sicherheitsschaltungen. Damit soll zum Beispiel vermieden werden, dass du die Spülmaschine anmachst, ohne dass die Tür zu ist und somit deine ganze Wohnung unter Wasser setzt.

Physik; Elektrische Ladung und Elektrisches Feld; 1. Sek / Bez / Real; Elektrische Stromkreise und Schaltpläne — UND-Schaltung

Bei derND-Schaltung ist der Stromkreis nur dann geschlossen, wenn Schalter 1 und Schalter 2 geschlossen sind.Ein Stromkreis mit UND-Schaltung ist erst dann geschlossen, wenn beide/alle Schalter zu sind.

Andere Geräte wiederum haben zwei oder mehrere Schalter und funktionieren bereits, wenn einer davon geschlossen ist. Falls du in einer Wohnung in einem Mehrfamilienhaus wohnst, ist dir vielleicht aufgefallen, dass man sowohl draussen an der Eingangstür des Hauses, als auch drinnen an der Wohnungstür klingeln kann. Die Klingel wird also mit einer sogenannten ODER-Schaltung betrieben.

Physik; Elektrische Ladung und Elektrisches Feld; 1. Sek / Bez / Real; Elektrische Stromkreise und Schaltpläne — ODER-Schaltung

Ein Stromkreis mit ODER-Schaltung ist geschlossen, wenn einer der Schalter zu ist.

Eine weitere Art der Schaltung ist die Wechsel-Schaltung. Oftmals kann man beispielsweise eine Deckenlampe mit mehreren Schaltern im Raum an- oder ausschalten. Wenn du zum Beispiel durch die eine Tür in die Küche gehst und hier den Lichtschalter drückst, wird der Stromkreis geschlossen und die Deckenlampe leuchtet. Dann gehst du durch die Küche und zu einer anderen Tür wieder raus, wo du den Lichtschalter drückst, um die Lampe wieder auszuschalten.

Physik; Elektrische Ladung und Elektrisches Feld; 1. Sek / Bez / Real; Elektrische Stromkreise und Schaltpläne — Wechsel-Schaltung