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Elektrische Stromkreise und Schaltungen

Stromkreise geben dir Schocks? Keine Sorge, sofatutor hilft! Das sind die Hauptbestandteile elektischer Stromkreise: elektrische Leiter, Energiequellen und Verbraucher. Elektrische Ladungen werden transportiert, wodurch ein Stromfluss ermöglicht wird. Stromkreise können mit Schaltern unterbrochen werden. Erfahre mehr über Stromkreise, Schaltpläne und verschiedene Verbindungsmöglichkeiten. Interessiert? Mehr dazu und viele weiter Infos findest du im folgenden Text!

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Elektrische Stromkreise und Schaltungen
lernst du in der Unterstufe 2. Klasse - 3. Klasse - 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse

Grundlagen zum Thema Elektrische Stromkreise und Schaltungen

Elektrische Stromkreise in der Physik

Wusstest du, dass in deinem Alltag viele elektrische Stromkreise vorkommen? Zum Beispiel sind in einem Smartphone Stromkreise vorhanden und eine einfache Zimmerlampe ist Bestandteil eines großes Stromkreises innerhalb eines Gebäudes. Im Folgenden lernst du, was genau ein Stromkreis ist.

Elektrische Stromkreise – Definition

In einem elektrischen Stromkreis kann – ganz einfach erklärt – Strom fließen. Stromfluss bedeutet, dass elektrische Ladungen transportiert werden. Der Transport von Ladungen findet durch elektrische Leiter statt, daher sind diese wichtige Bestandteile des Stromkreises. Dabei kann es sich zum Beispiel um Kabel handeln. Außerdem benötigt der Stromkreis eine Energiequelle, um einen Antrieb für den Ladungstransport zu haben (wenn du mehr dazu lernen willst, kannst du dir das Video zur Stromstärke anschauen). Die Energie wird meist aus Batterien gewonnen oder durch eine Steckdose bereitgestellt – denn diese dient als Schnittstelle für die Energie, die zum Beispiel durch Wind- oder Gaskraftwerke gewonnen wird. Außerdem benötigt ein Stromkreis einen Verbraucher. Hier wird die elektrische Energie in eine andere Energieform umgewandelt. Zum Beispiel kann das eine Glühlampe sein, in der die elektrische Energie in Lichtenergie umgewandelt wird. Der Verbraucher kann aber auch jedes andere elektrische Gerät sein, zum Beispiel ein Wasserkocher (Umwandlung in thermische Energie) oder ein Elektromotor (Umwandlung in kinetische Energie). Ein Stromkreis kann auch mehrere Verbraucher haben. Stromkreise können unterbrochen werden – zum Beispiel durch einen Schalter. Dadurch, dass der Stromkreis nun keinen geschlossenen Kreis mehr darstellt, kann kein Strom fließen. Natürlich kann man den Schalter auch wieder schließen, sodass der Strom wieder fließt. So musst du zum Ein- und Ausschalten deiner Zimmerlampe nicht immer die Kabel von der Stromversorgung trennen, sondern kannst einfach den Schalter der Lampe benutzen.

Fassen wir noch einmal zusammen, was einen Stromkreis ausmacht:

  • In einem geschlossenen Stromkreis kann Strom fließen.
  • Die einzelnen Elemente sind mithilfe von elektrischen Leitern (z. B. Kabeln) verbunden.
  • Es gibt eine Energiequelle, die den Stromfluss antreibt (z. B. eine Batterie).
  • Es gibt einen Verbraucher, in dem die elektrische Energie in eine andere Energieform umgewandelt wird.
  • Stromkreise können mithilfe von Schaltern gezielt unterbrochen und wieder geschlossen werden.

Schaltplan und Schaltzeichen

Wenn du einen Stromkreis zeichnen möchtest, musst du diesen nicht genau so aufzeichnen, wie du ihn siehst. Das wäre sehr aufwändig und unübersichtlich. Stattdessen nutzt man sogenannte Schaltsymbole oder Schaltzeichen, die die Bestandteile des Stromkreises vereinfacht darstellen. Die schematische Darstellung eines Stromkreises nennt man auch Schaltplan oder Schaltbild. An einem einfachen Beispiel schauen wir uns nun einen solchen Schaltplan an.

Stromkreise – Beispiel

Wie wir oben festgestellt haben, besteht ein einfacher Stromkreis aus einer Energiequelle, Leitungen und einem Verbraucher. Als Energiequelle dient in unserem Beispiel eine Batterie, als Verbraucher eine Glühlampe. Mit den Leiterkabeln muss der Verbraucher nun so mit den beiden Polen der Batterie verbunden werden, dass die Ladungsträger in einem geschlossenen Kreis fließen können. Wenn das der Fall ist, leuchtet die Lampe.

In der folgenden Abbildung siehst du, wie ein solcher Stromkreis als Schaltplan aussieht. Das Schaltzeichen für die Batterie bilden ein kürzerer und ein längerer Strich – so werden die unterschiedlichen Pole dargestellt. Zur Veranschaulichung, welcher Strich der Plus- und welcher der Minuspol ist, sind manchmal noch kleine Plus- und Minus-Zeichen hinzugefügt. Das Schaltzeichen für die Glühlampe ist ein Kreis mit einem Kreuz darin. Du siehst außerdem, dass die Kabel in einem Schaltplan geordnet sind und dass der gesamte Schaltplan ein Viereck ergibt – so ist er übersichtlicher und man sieht direkt, welches Element auf welche Weise mit anderen Elementen verbunden ist.

Einfacher Stromkreis mit und ohne Schalter

Wie oben beschrieben, kann man zu so einem Schaltkreis auch einen Schalter hinzufügen. Damit kann man den Stromfluss gezielt unterbrechen. Das sieht man auch an dem Schaltzeichen: Dabei handelt es sich um eine Unterbrechung des Stromkreises, wobei durch einen schrägen Strich angedeutet wird, dass mit dem Schalter der Kreis auch wieder geschlossen werden kann.

Reihenschaltung und Parallelschaltung

Zum Abschluss wollen wir uns noch kurz anschauen, was Reihen- und Parallelschaltungen sind. Dabei handelt es sich um unterschiedliche Arten der Verschaltung, um zum Beispiel mehrere Verbraucher in einem Stromkreis miteinander zu verknüpfen.

Bei der Reihenschaltung sind die Verbraucher direkt hintereinander verschaltet. Sie bilden einen einzelnen Pfad – es gibt keine Verzweigungen des Stromkreises. Ein Beispiel für eine Reihenschaltung ist eine Lichterkette. In dieser sind mehrere kleine Glühlämpchen hintereinander verbunden. Würde man den Stromfluss an einer Stelle unterbrechen, also zum Beispiel eines der Glühlämpchen entfernen, dann würde auch durch den Rest des Stromkreises kein Strom mehr fließen – der Stromkreis ist dann nicht mehr geschlossen. Das ist allerdings etwas, dass du auf keinen Fall selbst probieren darfst! Es kann unter Umständen sehr gefährlich sein. Vor Experimenten mit Strom musst du immer deine Eltern oder das Lehrpersonal fragen!

Einfache Reihenschaltung und Parallelschaltung

In einer Parallelschaltung hingegen gibt es Verzweigungen: Man kann sich das so vorstellen, dass nun jeder Verbraucher einen separaten kleinen Stromkreis für sich hat. Würde man hier eines der Lämpchen entfernen, würde das andere Lämpchen noch immer leuchten, denn ihr eigener Stromkreis ist noch geschlossen.

Das war nur eine kurze Erklärung – schau dir gerne die Videos zur Reihenschaltung und zur Parallelschaltung an. Hier lernst du noch mehr über die Eigenschaften dieser Schaltungen und auch, wie man verschiedene Größen (zum Beispiel die Spannung oder die Stromstärke) in diesen Stromkreisen berechnen kann.

Auch Schalter können in Reihe oder parallel geschaltet sein. So lässt sich eine UND-Schaltung, eine ODER-Schaltung oder auch einen Wechselschaltung verwirklichen.

Kurze Zusammenfassung der elektrischen Stromkreise und Schaltungen

Wir haben hier erklärt, was ein Stromkreis ist. Du lernst außerdem, wie du einen Stromkreis selber bauen oder zeichnen kannst. Probier' das doch mal aus! Die Übungen und das Arbeitsblatt zum Thema Stromkreis sollten für dich nun ganz einfach sein!

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Vorschaubild einer Übung
20 Kommentare
20 Kommentare
  1. ich fande es auch cool und gut erklärt es ist einfach mega cool diese app

    Von Paul, vor 2 Monaten
  2. Geht e8iiiiiii

    Von STAR ⭐️, vor 3 Monaten
  3. COOL 1++

    Von Mia, vor 4 Monaten
  4. Cool

    Von Clara, vor 5 Monaten
  5. Wow hab ne 1+*

    Von Tade, vor 5 Monaten
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Elektrische Stromkreise und Schaltungen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Elektrische Stromkreise und Schaltungen kannst du es wiederholen und üben.
  • Benenne die Schaltsymbole.

    Tipps

    Eine Batterie hat einen Pluspol und einen Minuspol. Das kannst du im Schaltzeichen erkennen.

    Eine Glühlampe wird im Schaltpan als ein Kreis dargestellt. Dieser ist zusätzlich mit einem X (Kreuz) versehen.

    So könnten die Schaltsymbole in einem Schaltplan einen elektrischen Stromkreis darstellen.

    Lösung

    Im Bild siehst du die richtige Lösung:


    Eine Batterie ist eine elektrische Quelle. Sie hat zwei Pole: einen Pluspol und einen Minuspol. Diese sind im Schaltzeichen sichtbar: Der Pluspol wird als dünner langer Strich dargestellt, während der Minuspol als kurzer dicker Strich gezeichnet wird. Manchmal werden als Schaltzeichen auch nur zwei kleine Kreise dargestellt.


    Die elektrischen Leitungen werden als einfache Striche dargestellt. Um die Übersicht auch in komplizierten Schaltungen zu behalten, wird Stromkreisen üblicherweise eine eckige Form gegeben.


    Die Glühlampe ist ein elektrischer Verbraucher. Du erkennst sie immer an einem Kreis, der mit einem X (Kreuz) versehen ist.


    Mit einem Schalter kann der Stromkreis geschlossen oder geöffnet werden. Diese Möglichkeit wird mit einem Strich zwischen zwei Punkten gezeigt. Ist der Schalter geöffnet, sieht man, dass keine Verbindung zwischen den beiden Punkten besteht: Der Strich zeigt schräg nach oben. Ist der Schalter geschlossen, sind beide Punkte miteinander verbunden.

  • Beschreibe die Funktion verschiedener Schaltungsarten.

    Tipps

    Die UND-Schaltung kann als Sicherheitsschaltung an Maschinen verwendet werden: Nur wenn beide Schalter mit der Hand gedrückt werden, beginnt die Maschine zu arbeiten.

    Eine Wechselschaltung kann genutzt werden, um in einem langen Flur das Licht von verschiedenen Stellen aus ein- oder auszuschalten.

    Lösung

    Die Welt der Schaltungen bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten, elektrische Ströme zu steuern und Geräte zu betreiben. Unter den grundlegenden Schaltungsarten sind die UND-Schaltung, die ODER-Schaltung und die Wechselschaltung bedeutend. Jede dieser Schaltungen hat ihre eigenen charakteristischen Merkmale und Anwendungen.

    In diesem Lösungsweg werden wir einen genaueren Blick auf jede dieser Schaltungen werfen, ihre Funktionsweise verstehen und herausfinden, wie sie dazu verwendet werden, elektrische Ströme zu steuern und den Betrieb von Geräten zu ermöglichen:

    Bei einer UND-Schaltung müssen die beiden Schalter $\text{S}1$ und $\text{S}2$ geschlossen sein, damit die Glühlampe leuchtet.

    Bei einer ODER-Schaltung muss einer der beiden Schalter $\text{S}1$ oder $\text{S}2$ geschlossen sein, damit die Glühlampe leuchtet. Auch wenn beide Schalter geschlossen sind, leuchtet die Glühlampe.

    Mit einer Wechselschaltung kann die Glühlampe sowohl mit dem Schalter $\text{S}1$ als auch mit dem Schalter $\text{S}2$ eingeschaltet oder ausgeschaltet werden.

  • Entscheide, in welchen Stromkreisen keine Parallelschaltung von Glühlampen dargestellt ist.

    Tipps

    Bei einer Reihenschaltung von zwei Glühlampen sind die Glühlampen $1$ und $2$ nur durch eine Leitung miteinander verbunden.

    Bei einer Parallelschaltung von zwei Glühlampen sind die Glühlampen $1$ und $2$ durch zwei Leitungen miteinander verbunden.

    Lösung

    Schaue dir alle Schaltpläne genau an:

    Schließe erst einmal die aus, bei denen es sich um eine Parallelschaltung von Glühlampen handelt: Beide Leitungen der ersten Glühlampe müssen mit der zweiten Glühlampe verbunden sein.

    Ist das nicht der Fall, handelt es sich um eine Reihenschaltung: Hier ist jeweils nur eine Leitung der ersten Glühlampe mit der zweiten Glühlampe verbunden.

    Das wären:

    • Bild $\boldsymbol{1}$
    • Bild $\boldsymbol{3}$
    • Bild $\boldsymbol{5}$

    Diese Bilder sind also anzukreuzen.

  • Bestimme die Art der Schaltung für die genannten Anforderungen an die Türöffnung im Escape-Room.

    Tipps

    Zur Öffnung einer Tür an einem entfernten Ort kann eine ODER-Schaltung genutzt werden.

    Überbrückte oder aus einem Stromkreis entfernte Verbraucher können zu einem Kurzschluss führen.

    In einem Treppenhaus findet man oft Wechselschaltungen. So kann man das Licht für das Treppenhaus in der ersten Etage anschalten, aber im Erdgeschoss auch wieder ausmachen.

    Lösung

    Bei einer UND-Schaltung müssen beide Schalter gedrückt werden, damit sich die Tür öffnet. Dazu passt die folgende Beschreibung:

    • An der Tür des Raumes befinden sich zwei Schalter. Die Tür öffnet sich nur, wenn beide Schalter gleichzeitig gedrückt werden.
    $\quad \Rightarrow$ UND-Schaltung


    In großen oder langen Räumen kann das Licht von jedem beliebigen Ort ein- oder ausgeschaltet werden, wenn eine Wechselschaltung verwendet wird. Dazu passt diese Beschreibung:

    • Hinter einer Tür befindet sich ein sehr langer dunkler Flur. Zum Betreten des Flures muss das Licht eingeschaltet und zum Verlassen ausgeschaltet sein.
    $\quad \Rightarrow$ Wechselschaltung


    Die Türöffnung funktioniert mit einer ODER-Schaltung. Ist die Tür verschlossen, müssen beide Schalter geöffnet sein. Mit dem Schalter aus dem anderen Raum kann die Tür geöffnet werden, wenn in meinem Raum kein Schalter zu finden ist. Dazu gehört folgende Beschreibung:

    • Ein Raum kann nur dann geöffnet werden, wenn wenigstens eine weitere Person in einem der anderen Räume ist. Nach dem Klingeln kann diese Person die Tür von ihrem Raum aus mit einem Türöffner entriegeln.
    $\quad \Rightarrow$ ODER-Schaltung


    Werden alle Verbraucher aus einem Stromkreis entfernt oder überbrückt, ist der Pluspol der Spannungsquelle mit dem Minuspol verbunden und der Leitungswiderstand ist sehr gering: Es entsteht ein Kurzschluss. Die Leitungen können sich stark erwärmen oder sogar abbrennen. Dazu gehört diese Beschreibung:

    • Die Tür eines Raumes lässt sich nicht öffnen. Denn die Schaltung wurde manipuliert: Der Pluspol der Spannungsquelle wurde einfach mit dem Minuspol verbunden. Der Schalter und das elektronische Türschloss wurden aus dem Stromkreis entfernt.
    $\quad \Rightarrow$ Kurzschluss
  • Gib an, welche Bauteile zu einem einfachen Stromkreis gehören.

    Tipps

    Eine Schnur ist keine Leitung.

    Mit einem Thermometer lässt sich die Temperatur messen. Sie hat nichts mit einem einfachen elektrischen Stromkreis zu tun.

    Lösung

    Zuerst schauen wir uns alle Elemente an. Danach sortieren wir die aus, die nichts mit einem elektrischen Stromkreis zu tun haben. Das sind:

    • das Thermometer
    • die Schnur

    Die richtigen Elemente bleiben dann übrig:

    • die elektrische Quelle
    • der Verbraucher
    • die Leitungen
    • der Schalter

  • Analysiere die Schaltbilder, die hinter der Beleuchtung des Escape-Rooms stecken.

    Tipps

    Für eine Wechselschaltung müsste das zusätzliche Öffnen weiterer Türen das Licht wieder ausschalten.

    Sobald sich eine Tür öffnet, muss einer der Schalter geschlossen werden.

    Die Lampe im Schaltplan Nummer $4$ leuchtet nicht, obwohl alle Schalter geschlossen sind.

    Lösung

    Schaue dir alle Bilder genau an und beachte die vorgegebenen Bedingungen:

    • Das Licht schaltet sich nur dann ein, wenn eine der vier Türen geöffnet ist. Werden weitere Türen geöffnet, passiert nichts: Das Licht bleibt eingeschaltet.
    • Jede Tür verfügt über einen separaten Schalter.

    Gehe nun alle Schaltungen durch und überlege, was passiert, wenn du die vorhandenen Schalter einzeln oder zusammen betätigst.

    Schaltung $\boldsymbol{1}$:
    Die erste Schaltung kann nicht die richtige Lösung sein. Es gibt nämlich nur zwei Schalter, aber vier Türen mit separaten Schaltern.

    Schaltung $\boldsymbol{2}$:
    Die zweite Schaltung könnte die richtige Schaltung sein: Wenn ein Schalter geschlossen wird, dann leuchtet die Lampe. Werden alle anderen Schalter geschlossen, leuchtet die Lampe auch. Es gibt vier Schalter für vier Türen.

    Schaltung $\boldsymbol{3}$:
    Die dritte Schaltung kann nicht die richtige Schaltung sein. Denn es müssen mindestens zwei Schalter geschlossen sein, damit die Lampe leuchtet. Davon abgesehen gibt es vier Schalter für vier Türen.

    Schaltung $\boldsymbol{4}$:
    Die vierte Schaltung kann auch nicht die richtige Schaltung sein: Die Lampe würde immer leuchten, jedoch tut sie es nicht.

    $\Rightarrow$ Es passt also nur Schaltung $\boldsymbol{2}$ zu unserer Aufgabe und ist somit anzukreuzen.

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