Simulation zur Parallelschaltung

Simulation zur Parallelschaltung.

Beschreibung der Parallelschaltung.

In einem Parallelstromkreis gibt es mehr als einen Widerstand (allgemein: Gerät). Der Name kommt daher, dass der fließenden Ladung (dem Strom) mehrere parallele Wege offenstehen. Wenn einer dieser Wege unterbrochen ist (weil das Gerät dort abgeschaltet wurde), fließt keine Ladung mehr durch diesen Zweig, jedoch fließt weiterhin Ladung durch die anderen Zweige.

Die Parallelschaltung findet man vor allem im Haushalt. Schließlich soll die Raumbeleuchtung nicht nur deshalb mit ausgehen, weil man den Fernseher ausschaltet!

Die folgende Animation ist ein Modell eines Stromkreises bei Parallelschaltung.

Das Modell ....

Im Modell hebt das Förderband (links) die Kugeln an. Sie bekommen dadurch Lageenergie oder potenzielle Energie.
Anschließend laufen sie durch Mühlräder. Dort wird die aufgenommene Lageenergie abgegeben und in andere Energieformen umgewandelt. Die Kugeln laufen dabei im Kreis, sie transportieren die Energie nur.

.... und wofür es steht.

Im elektrischen Stromkreis entspricht dem Förderband die Batterie (oder allgemein die Quelle) Die Kugeln sind die Elektronen oder elektrischen Ladungen, sie bekommen an der Quelle elektrische Energie.
Die Mühlräder entsprechen den Widerständen (oder allgemein :elektrischen Geräten). Die an der Quelle aufgenommene elektrische Energie wird in den Geräten abgegeben und - je nach Gerät - in andere Energieformen (Wärme, Licht, mechanische Energie) umgewandelt. Die elektrischen Ladungen laufen dabei im Kreis, sie transportieren die elektrische Energie nur.

Die Energie:

Die größer die Höhendifferenz der "Rampe" im Modell, desto größer ist die Energieaufnahme der Kugeln (Anheben) bzw. Energieabgabe (Verrichten von Arbeit) in den "Mühlrädern".
Im Stromkreis entspricht diese Höhendifferenz der aufgenommenen bzw. abgegebenen elektrischen Energie.

Bei einer kräftigen Quelle (hohe Spannung U) bekommt eine Ladung Q viel Energie W mit. (die "Rampe" im Modell wäre dann also hoch).
Es gilt U = W/Q bzw. für eine feste Ladungsmenge Q : U ~ W.

Die Farben:

Energiereiche Ladungen sind hier rot dargestellt, energiearme Ladungen blau
(denke an den Wasserhahn :
heißes (energiereiches) Wasser => roter Punkt,
kaltes (energiearmes) Wasser => blauer Punkt).
Je mehr in der Animation der Farbton ins rot geht, desto größer ist die Energie der Kugeln (Ladungen), je mehr er ins blau geht, desto gringer ist ihre Energie.
Eine violette Färbung bedeutet, dass die Ladungen etwas Energie haben, weniger als "oben" aber mehr als "unten".

In der Animation solltest du auf folgende Dinge besonders achten:

Stromstärke:

Jede Ladung kann auf zwei Wegen zurück zur Quelle gelangen - entweder durch den Widerstand rechts, oder durch den Widerstand in der Mitte.
Zu den Verzweigungsstellen (Knotenstellen) fließen stets gleich viele Ladungen hin, wie auch von diesen wegfließen, Ladung "staut sich nicht" (Kirchhoff'sches Gesetz).
Mehr Ladungen wählen den "leichteren Weg" - durch den kleineren Widerstand (rechts).
Bei den gegebenen Widerstandswerten gehen in derselben Zeit durch den rechten Widerstand 3 mal so viele Ladungen wie durch den Widerstand in der Mitte - die Stromstärke ist dort also drei mal so groß.
Beim kleineren Widerstand R ergibt sich die größere Stromstärke I.

Energieabgabe, Potenzial und Spannung:

Alle "Rampen" im Modell sind gleich hoch. Jede einzelne Ladung gibt also ihre ganze Energie, die sie an der Quelle aufgenommen hat, an einem der beiden Widerstände ab.
Weil Energie und Spannung aber proportional sind (W ~ U), sind die Spannungen an den Anschlüssen der Widerstände gleich groß und auch gleich groß wie die Spannung der Quelle.
U₁ = U₂ = U_q

Da jede einzelne Ladung (Kugel) gleich viel Energie abgibt, wird im Widerstand rechts drei mal so viel Energie abgegeben, da dort in derselben Zeit dreimal so viel Ladungen durchkommen wie in der Mitte.

Die folgenden Regeln gelten also für den Parallelstromkreis:

Die Spannungen, die man an den beidenWiderständen messen kann (Potenzial), sind also genau so groß wie die Spannung der Quelle.
Die Gesamtstromstärke (Hauptleitung) ist die Summe der Stromstärken in den Teilzweigen:
Im Teilzweig mit dem kleinen Widerstand ist die Stomstärke groß und umgekehrt.
Für jeden einzelnen Teilzweig gilt das ohm'sche Gesetz, ebenso wie für den gesamten Stromkreis.
Setzt man die Werte der rechten Spalte in die Gleichung für die Stromstärke (oben) ein und dividiert durch U so erhält man:
Der Kehrwert des Gesamtwiderstands im Stromkreis (auch Effektivwiderstand genannt) ist gleich der Summe der Kehrwerte der Einzelwiderstände

Eine wichtige Tatsache folgt aus der letzten Gleichung:

Je mehr Widerstände man in einem Stromkreis parallel schaltet ( je mehr Geräte also in Betrieb sind), desto größer wird die Gesamtstromstärke. Weil die Spannung aber konstant ist, bedeutet dies, dass der Gesamtwiderstand also kleiner wird.