Physik · Klasse 8–9 · aktualisiert
Reihenschaltung: Strom, Spannung, Widerstand
Ein unverzweigter Weg: Du lernst, warum der Strom gleich bleibt und wie sich Widerstände und Teilspannungen addieren.
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Kurz gesagt
In einer Reihenschaltung liegen Bauteile hintereinander in einem unverzweigten Stromweg. Durch jedes Bauteil fließt dieselbe Stromstärke. Die Einzelwiderstände und Teilspannungen addieren sich jeweils zur Gesamtgröße.
Eine Reihenschaltung hat genau einen unverzweigten Stromweg. Deshalb ist die Stromstärke überall gleich. Die Teilspannungen und die Einzelwiderstände addieren sich jeweils zur Gesamtgröße.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
3 Abschnitte
Mehrere Lampen oder Widerstände liegen hintereinander. Gibt es von einem Pol der Quelle zum anderen nur einen Weg ohne Abzweigung, handelt es sich um eine Reihenschaltung. Alle bewegten Ladungen passieren jedes Bauteil nacheinander. Wird der einzige Weg unterbrochen, fließt nirgends mehr Strom. Deshalb kann bei einer alten Lichterkette ein defektes Lämpchen die ganze Kette ausschalten.
Die Stromstärke I gibt Ladung pro Zeit durch einen Querschnitt an. Weil es keine Abzweigung gibt, ist sie an allen Stellen gleich:
I_\mathrm{ges}=I_1=I_2=\dots=I_n
Die Spannung U wird in Volt angegeben. Die Spannungen zwischen den Anschlüssen der einzelnen Bauteile addieren sich zur Quellenspannung:
U_\mathrm{ges}=U_1+U_2+\dots+U_n
Eine solche Teilspannung heißt auch Spannungsabfall. Der Widerstand R wird in Ohm angegeben. Die Einzelwiderstände addieren sich ebenfalls:
R_\mathrm{ges}=R_1+R_2+\dots+R_n
Jeder weitere Widerstand vergrößert den Gesamtwiderstand.
Definition
Reihenschaltung
Eine Reihenschaltung ist ein Stromkreis, in dem alle Bauteile nacheinander in einem einzigen unverzweigten Stromweg liegen.
Merke: Ein Weg bedeutet: gleicher Strom durch alle Bauteile. Eine Unterbrechung bedeutet: Der gesamte Stromkreis ist offen.
Teste dich
Für ohmsche Widerstände unter konstanten Bedingungen verbindet das Ohmsche Gesetz Spannung, Widerstand und Stromstärke:
U=R\cdot I
Vor dem Einsetzen müssen die Einheiten zusammenpassen. Besonders wichtig ist diese Umrechnung:
1\,\mathrm{A}=1000\,\mathrm{mA}
Beispiel
- 1Zwei ohmsche Widerstände mit R_1=80\,\Omega und R_2=40\,\Omega liegen in Reihe. Es fließt I=30\,\mathrm{mA}.
- 2Die Stromstärke wird umgerechnet: 30\,\mathrm{mA}=0{,}03\,\mathrm{A}.
- 3Der Gesamtwiderstand ist R_\mathrm{ges}=80\,\Omega+40\,\Omega=120\,\Omega.
- 4Nach U_\mathrm{ges}=R_\mathrm{ges}\cdot I folgt:
- 5U_\mathrm{ges}=120\,\Omega\cdot0{,}03\,\mathrm{A}=3{,}6\,\mathrm{V}
- 6Die Teilspannungen müssen zusammen 3{,}6\,\mathrm{V} ergeben.
Teste dich
Bei fließendem Strom sind Teilspannungen an verschiedenen Widerständen nicht gleich. Aus U=R\cdot I folgt: Beim selben Strom verursacht der größere Widerstand die größere Teilspannung. Für zwei ohmsche Widerstände unter konstanten Bedingungen gilt die Spannungsteilerregel:
\frac{U_1}{U_2}=\frac{R_1}{R_2}
Die Teilspannungen verhalten sich also wie die Widerstände.
Ein Amperemeter misst die Stromstärke und wird in Reihe eingesetzt, damit der zu messende Strom durch das Gerät fließt. Ein Voltmeter misst Spannung zwischen zwei Punkten. Es wird parallel an die Anschlüsse des untersuchten Bauteils gelegt. Das macht den gesamten Stromkreis nicht zur Parallelschaltung. Verwende für Schülerversuche nur Batterien bis 9\,\mathrm{V}.
Beispiel: Teilspannungen an verschiedenen Widerständen
- 1Zwei ohmsche Widerstände von R_1=80\,\Omega und R_2=40\,\Omega liegen in Reihe. Durch beide fließen 0{,}03\,\mathrm{A}.
- 2Für den ersten Widerstand gilt:
- 3U_1=80\,\Omega\cdot0{,}03\,\mathrm{A}=2{,}4\,\mathrm{V}
- 4Für den zweiten Widerstand gilt:
- 5U_2=40\,\Omega\cdot0{,}03\,\mathrm{A}=1{,}2\,\mathrm{V}
- 6Der doppelt so große Widerstand hat die doppelt so große Teilspannung. Die Kontrolle lautet:
- 72{,}4\,\mathrm{V}+1{,}2\,\mathrm{V}=3{,}6\,\mathrm{V}
Merke: Bei fließendem Strom bedeutet gleicher Strom nicht gleiche Teilspannung. Unter diesen Bedingungen sind die Teilspannungen nur dann gleich, wenn die zugehörigen Widerstände gleich groß sind.
Merke: Prüfe bei der Auswertung: Ist der Stromweg unverzweigt? Hast du für Stromstärke, Spannung und Widerstand die passende Rechenregel gewählt? Passen Einheiten und Ergebnis zum Sachzusammenhang?
Teste dich
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; bei fließendem Strom bedeutet größerer Widerstand größere Teilspannung
Messung
Amperemeter in Reihe; Voltmeter parallel zum Messobjekt
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Teilspannungen an zwei Widerständen
- 1Zwei ohmsche Widerstände von 15\,\Omega und 30\,\Omega liegen in Reihe an einer 9\,\mathrm{V}-Quelle.
- 2Der Gesamtwiderstand ist R_{\mathrm{ges}}=15\,\Omega+30\,\Omega=45\,\Omega.
- 3Durch beide fließt I=\frac{9\,\mathrm{V}}{45\,\Omega}=0{,}2\,\mathrm{A}.
- 4Für den ersten Widerstand gilt U_1=0{,}2\,\mathrm{A}\cdot15\,\Omega=3\,\mathrm{V}.
- 5Für den zweiten Widerstand gilt U_2=0{,}2\,\mathrm{A}\cdot30\,\Omega=6\,\mathrm{V}.
- 6Die Kontrolle ergibt 3\,\mathrm{V}+6\,\mathrm{V}=9\,\mathrm{V}.
Fehler finden
Teilspannungen unterscheiden In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Gleicher Strom bedeutet bei verschiedenen Widerständen nicht gleiche Spannung. Richtig ist U_2=0{,}1\,\mathrm{A}\cdot35\,\Omega=3{,}5\,\mathrm{V}.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
In einer Reihenschaltung ist die Stromstärke an allen Stellen . Die Teilspannungen werden . Auch die Einzelwiderstände werden .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback