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Reihenschaltung: Strom, Spannung, Widerstand
Eine Reihenschaltung hat genau einen unverzweigten Stromweg. Deshalb ist die Stromstärke überall gleich. Die Teilspannungen und die Einzelwiderstände addieren sich jeweils zur Gesamtgröße.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Einen einzigen Stromweg erkennen
Stell dir mehrere Lampen oder Widerstände vor, die hintereinander verbunden sind. Gibt es vom einen Pol der Quelle zum anderen Pol nur einen Weg ohne Abzweigung, handelt es sich um eine Reihenschaltung.
Reihenschaltung
Eine Reihenschaltung ist ein Stromkreis, in dem alle Bauteile nacheinander in einem einzigen unverzweigten Stromweg liegen.
Alle bewegten Ladungen passieren nacheinander jedes Bauteil. Wird ein Bauteil entfernt oder unterbricht es den Stromkreis, ist der einzige Weg offen. Dann fließt im gesamten Stromkreis kein Strom mehr. Deshalb kann bei einer alten Lichterkette ein defektes Lämpchen die ganze Kette ausschalten.
Ein Weg bedeutet: gleicher Strom durch alle Bauteile. Eine Unterbrechung bedeutet: Der gesamte Stromkreis ist offen.
Die drei Regeln sicher unterscheiden
In einer Reihenschaltung hängen Stromstärke, Spannung und Widerstand unterschiedlich zusammen.
Stromstärke bleibt gleich
Die Stromstärke $I$ gibt an, wie viel elektrische Ladung pro Zeit eine Stelle passiert. Weil es keine Abzweigung gibt, ist sie an allen Stellen gleich:
$$I_\mathrm{ges}=I_1=I_2=\dots=I_n$$
Teilspannungen ergeben die Gesamtspannung
Die Spannung $U$ wird in Volt $(\mathrm V)$ angegeben. Die Spannung der Quelle verteilt sich auf die Bauteile:
$$U_\mathrm{ges}=U_1+U_2+\dots+U_n$$
Eine Teilspannung wird auch Spannungsabfall genannt. Gemeint ist die Spannung zwischen den beiden Anschlüssen eines Bauteils.
Widerstände ergeben den Gesamtwiderstand
Der elektrische Widerstand $R$ wird in Ohm $(\Omega)$ angegeben. Für in Reihe geschaltete Widerstände gilt:
$$R_\mathrm{ges}=R_1+R_2+\dots+R_n$$
Jeder weitere Widerstand vergrößert also den Gesamtwiderstand.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
In einer Reihenschaltung ist die Stromstärke an allen Stellen . Die Teilspannungen werden . Auch die Einzelwiderstände werden .
Gesamtgrößen Schritt für Schritt berechnen
Für einen Widerstand verbindet das ohmsche Gesetz Spannung, Widerstand und Stromstärke:
$$U=R\cdot I$$
Vor dem Einsetzen müssen die Einheiten zusammenpassen. Besonders wichtig ist die Umrechnung:
$$1\,\mathrm A=1000\,\mathrm{mA}$$
Zwei Widerstände mit $R_1=80\,\Omega$ und $R_2=40\,\Omega$ liegen in Reihe. Es fließt ein Strom von $I=30\,\mathrm{mA}$.
1. Stromstärke umrechnen:
$$30\,\mathrm{mA}=0{,}03\,\mathrm A$$
2. Gesamtwiderstand bestimmen:
$$R_\mathrm{ges}=80\,\Omega+40\,\Omega=120\,\Omega$$
3. Gesamtspannung berechnen:
$$U_\mathrm{ges}=R_\mathrm{ges}\cdot I$$
$$U_\mathrm{ges}=120\,\Omega\cdot0{,}03\,\mathrm A=3{,}6\,\mathrm V$$
Die Einheit passt, denn Ohm mal Ampere ergibt Volt. Das Ergebnis ist außerdem plausibel: Beide positiven Teilspannungen müssen zusammen $3{,}6\,\mathrm V$ ergeben.
Verstehen, wie sich die Spannung verteilt
Die Teilspannungen sind nicht automatisch gleich. Aus $U=R\cdot I$ folgt: Bei gleicher Stromstärke verursacht der größere Widerstand die größere Teilspannung.
Für zwei Widerstände gilt die Spannungsteilerregel:
$$\frac{U_1}{U_2}=\frac{R_1}{R_2}$$
Die Teilspannungen verhalten sich also wie die Widerstände.
Im vorherigen Beispiel fließen durch beide Widerstände $0{,}03\,\mathrm A$.
Am Widerstand $R_1=80\,\Omega$ liegt die Teilspannung
$$U_1=80\,\Omega\cdot0{,}03\,\mathrm A=2{,}4\,\mathrm V$$
an. Für $R_2=40\,\Omega$ gilt:
$$U_2=40\,\Omega\cdot0{,}03\,\mathrm A=1{,}2\,\mathrm V$$
Der doppelt so große Widerstand erhält die doppelt so große Teilspannung. Die Kontrolle bestätigt die Spannungssumme:
$$2{,}4\,\mathrm V+1{,}2\,\mathrm V=3{,}6\,\mathrm V$$
Gleicher Strom bedeutet nicht gleiche Teilspannung. Teilspannungen sind nur dann gleich, wenn die zugehörigen Widerstände gleich groß sind.
Messgeräte richtig anschließen
Ein Messgerät muss passend zu seiner Messgröße angeschlossen werden.
- Ein Amperemeter misst die Stromstärke. Es wird in Reihe eingesetzt, damit der zu messende Strom durch das Gerät fließt.
- Ein Voltmeter misst die Spannung zwischen zwei Punkten. Es wird parallel zu genau dem Bauteil angeschlossen, dessen Teilspannung gesucht ist.
„Amperemeter in Reihe“ beschreibt den Anschluss des Messgeräts. „Voltmeter parallel“ bedeutet nicht, dass der untersuchte Stromkreis insgesamt eine Parallelschaltung sein muss. Das Voltmeter liegt lediglich an den beiden Anschlüssen des Messobjekts.
Bei einer Auswertung helfen drei Prüfungen:
- Ist der Stromweg unverzweigt?
- Wurde die richtige Rechenregel für $I$, $U$ oder $R$ gewählt?
- Passen Einheit und Ergebnis zum Sachzusammenhang?
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Reihenschaltung
- Aufbau
- ein unverzweigter Stromweg
- Unterbrechung stoppt den gesamten Strom
- Elektrische Größen
- Stromstärke überall gleich
- Teilspannungen addieren sich
- Widerstände addieren sich
- Berechnung
- ohmsches Gesetz $U=R\cdot I$
- größerer Widerstand bedeutet größere Teilspannung
- Messung
- Amperemeter in Reihe
- Voltmeter parallel zum Messobjekt
- Aufbau