Die Reihenschaltung.

Simulation zur Reihenschaltung

Beschreibung der Reihenschaltung.

In einer Reihenschaltung gibt es mehr als einen Widerstand (allgemein - ein elektrisches Gerät, das elektrische Energie in eine andere Energieform umwandeln kann). Man spricht auch von einer Hintereinanderschaltung. Für die Ladungen gibt es hier nur einen Weg auf dem sie sich bewegen können, sie müssen zunächst durch den einen Widerstand und danach durch den zweiten Widerstand.

Wenn eines der Geräte im Stromkreis defekt ist (Unterbrechung), dann fließt keine Ladung mehr durch den Stromkreis, weil es ja nur einen Weg gibt. Die Stromstärke ist dann also null.
Bei einer Weihnachtsbaumbeleuchtung oder einer Party-Lichtkette ist dies meist so: wenn eine Glühlampe durchgebrannt ist, fällt die ganze Kette aus. (es gibt bei neuen Ketten einen "Trick" dies zu verhindern, indem man parallel zu den Lampen Dioden schaltet. Aber darum soll es auf dieser Seite nicht gehen.)

Die folgende Animation ist ein Modell eines Stromkreises bei Reihenschaltung.

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:

Je 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:

Da es keine Verzweigungsstellen gibt, steht allen Ladungen nur ein Weg offen, auf dem sie sich bewegen müssen.
An allen Stellen des Stromkreises kommen in derselben Zeit t gleich viele Ladungen Q vorbei.
Die Stromstärke I ist also überall gleich groß.

Wenn die Ladungen durch die Widerstände fließen (im Modell Wasserräder), geben sie die an der Quelle aufgenommene Energie wieder ab.
Diese Energie wird aber nicht auf einmal abgegeben, sondern in zwei Stufen - teilweise im ersten Widerstand und teilweise im zweiten Widerstand.
Beachte, dass im Modell am großen "Widerstand" die Kugeln eine größere Höhendifferenz durchlaufen :
am großen Widerstand wird also im Stromkreis mehr Energie abgegeben als am kleinen Widerstand.
(Anschaulich gesprochen, fällt es den Ladungen schwerer sich durch den großen Widerstand zu "quälen", sie verlieren dabei mehr an Energie als am kleinen Widerstand, durch den sie leichter kommen.
Dabei spielt es auch keine Rolle, ob der große oder der kleine Widerstand in Bewegungsrichtung der Elektronen "zuerst kommt".)
Beim einem Stromkreis spricht man statt von "Höhendifferenz "dann von einer "Potenzialdifferenz", die man an den Anschlüssen des jeweiligen Widerstands als Teilspannung messen kann.
Am großen Widerstand ist diese Potenzialdifferenz und damit die messbare Teilspannung größer als am keinen Widerstand.

Die folgenden Gesetzmäßigkeiten gelten für eine Reihenschaltung:

Die Summe der Energieabgaben an den einzelnen Widerständen ist gleich der Energie, die die Ladungen von der Quelle erhalten haben.
oder
Die Summe der Teilspannungen an den Widerständen ist gleich der Spannung der Quelle.
Die Stromstärke (Zahl der Ladungen je Sekunde) ist an allen Stellen im Stromkreis gleich groß.
Der gesamte Widerstand im Stromkreis (auch Effektivwiderstand R_eff genannt) ist gleich der Summe der Einzelwiderstände

Eine wichtige Tatsache folgt aus der letzten Gleichung:

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