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Gleichstromkreise bauen – Schaltungen aufbauen, Stromstärke und Spannung messen

NaturwissenschaftenElektrizität und MagnetismusAlter 14–15

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Ein freies Steckbrett mit zwei Bildschirmen. Unter Einführung ziehen Sie Drähte, Batterien, Widerstände, Glühlampen und Schalter auf das Brett, verbinden ihre Enden und trennen Knoten, um Stromkreise aufzuteilen; die Elektronen fließen umso schneller, je größer die Stromstärke ist, die Lampen leuchten entsprechend ihrer Leistung, ein Spannungsmesser mit zwei Messspitzen und ein berührungsloser Strommesser liefern die Messwerte, und bei einem Kurzschluss fängt der Draht Feuer. Der Bildschirm Labor erlaubt es, den Wert jedes Bauteils, den Innenwiderstand der Batterie und den Widerstand der Drähte einzustellen, und bietet zusätzlich Sicherungen, eine Hochspannungsbatterie, in den Stromkreis geschaltete Strom- und Spannungsmesser, Testobjekte zur Leitfähigkeit (Münze, Büroklammer, Bleistift, Radiergummi, Hand), eine Stoppuhr und eine Schaltplanansicht mit genormten Schaltzeichen. Jeder Stromkreis wird mit der Knotenanalyse berechnet, daher gehorchen die Messwerte dem ohmschen Gesetz und den Regeln für Reihen- und Parallelschaltungen. Nach der Simulation "Circuit Construction Kit: DC" von PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0); neu geschrieben.

Lektion: Reihen- und Parallelschaltung

Was sie zeigt

Ein virtueller Experimentiertisch für die Unterrichtseinheit zu Reihen- und Parallelschaltungen im Themenbereich Elektrizität. Die Lernenden bauen Stromkreise aus Drähten, Batterien, Widerständen, Glühlampen und Schaltern wie an einem echten Experimentiertisch auf und überprüfen dann mit Spannungs- und Strommesser das ohmsche Gesetz sowie die Gesetzmäßigkeiten von Reihen- und Parallelschaltungen.

So funktioniert es

Auf dem Bildschirm Einführung ziehen Sie Bauteile auf das Brett, ziehen ein Ende auf ein anderes, um sie zu verbinden, und tippen auf einen Knoten, um ihn zu trennen; die Elektronen bewegen sich je nach Stromstärke schneller oder langsamer, die Lampen leuchten je nach Leistung heller oder schwächer, und verbindet ein Draht die Batteriepole direkt, fängt er Feuer. Auf dem Bildschirm Labor stellen Sie die Werte der Bauteile und den Innenwiderstand der Batterie ein und finden Sicherungen, in den Stromkreis geschaltete Strom- und Spannungsmesser sowie Testobjekte zur Leitfähigkeit. Probieren Sie eine 9-V-Batterie mit 10 Ω und 20 Ω in Reihe: Der Strommesser zeigt 0,30 A, der Spannungsmesser misst 3 V und 6 V, zusammen genau 9 V.

Einstellbare Parameter

  • Bildschirm Einführung, Labor
  • Anfangsschaltung Leeres Brett, Batterie, Schalter und Lampe, Zwei Lampen in Reihe, Zwei Lampen parallel, Widerstand in Reihe mit zwei parallelen Lampen
  • Ansicht Realistisch, Schaltplan (genormte Schaltzeichen)
  • Stromdarstellung Elektronen, Technische Stromrichtung
  • Strom anzeigen
  • Werte der Bauteile anzeigen
  • Namen der Bauteile anzeigen
  • Echte Lampen, Widerstand steigt bei Erwärmung (Labor)
  • Innenwiderstand der Batterie (Labor) 0–10 Ω
  • Drahtwiderstand (Labor), je 10 cm 0–1 Ω

Fragen zum Erkunden

  1. Zwei gleiche Lampen werden an dieselbe Batterie angeschlossen, zuerst in Reihe und dann parallel. In welchem Fall leuchten sie heller, und warum?
  2. Was passiert mit der Stromstärke in der Batterie, wenn ein Strommesser versehentlich parallel zu einer Lampe geschaltet wird?
  3. Wie ändert sich die Anzeige eines Spannungsmessers an den Polen der Batterie, wenn der Innenwiderstand der Batterie zunimmt?

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