Was ist ein Stromkreis?
Damit Elektronen fließen können, brauchen sie einen geschlossenen Stromkreis. Ein Stromkreis stellt einen vollständigen, geschlossenen Weg für die Elektrizität dar. Die Teile eines Stromkreises bestehen aus einer Last oder einem Widerstand, Drähten und einem Schalter. Die Energiequelle kann eine Batterie, ein Thermoelement, eine Fotozelle oder ein Stromgenerator sein. Die Last ist der Teil des Stromkreises, der die Energie verbraucht. Die Last des Stromkreises bietet dem Elektronenfluss immer einen gewissen Widerstand. Infolgedessen wird die Energie in Wärme, Licht oder mechanische Energie umgewandelt. Der Schalter ist ein Stromkreis, der dazu dient, den Elektronenfluss zu verhindern. Das nennt man einen offenen Stromkreis
Es gibt zwei Arten von Stromkreisen, den Serien- und den Parallelstromkreis.
Serienschaltung
Bei einer Serienschaltung gibt es nur einen Weg, auf dem die Elektronen fließen können (siehe Bild der Serienschaltung). Der größte Nachteil einer Reihenschaltung ist, dass bei einer Unterbrechung des Stromkreises der gesamte Stromkreis offen ist und kein Strom fließt. Ein Beispiel für eine Reihenschaltung wären die Lichter an vielen preiswerten Weihnachtsbäumen. Wenn ein Licht ausgeht, gehen alle Lichter aus.
Parallelschaltung
In einer Parallelschaltung liegen die verschiedenen Teile des Stromkreises auf mehreren verschiedenen Zweigen. Es gibt mehrere verschiedene Wege, auf denen die Elektronen fließen können. Wenn ein Zweig des Stromkreises unterbrochen wird, können die Elektronen immer noch in andere Zweige fließen (siehe Abbildung einer Parallelschaltung). Wenn eine Glühbirne ausfällt, bleibt die andere an.
Elektrische Stromkreise in deinem Haus
In deinem Haus wirst du feststellen, dass die meisten Steckdosen 3 Zinken haben. An die Steckdose sind drei Drähte angeschlossen. Zwei der Drähte verlaufen parallel zueinander und haben in den USA einen Potenzialunterschied von 120 Volt, in Europa beträgt der Potenzialunterschied 220 Volt. Das dritte Kabel ist mit der Erde verbunden. Ein Draht, der mit der Erde verbunden ist, bietet den kürzesten Weg für Elektronen zur Erde und führt keinen Strom. Der Draht ist lediglich eine Sicherheitseinrichtung gegen Kurzschlüsse. Ein Kurzschluss ist ein Unfall, bei dem der Strom einen kürzeren Weg innerhalb des Stromkreises nimmt. Diese Stromkreise haben einen geringeren Widerstand, so dass mehr Strom fließt. Berührt die Hochspannungsleitung eine andere Metallfläche eines Geräts, zieht das gesamte Gerät Strom und gibt der Person, die es berührt, einen Schlag. Das Erdungskabel hat einen kürzeren Stromkreis und bietet eine Sicherheitsfunktion, so dass der Strom nicht durch das Gerät, sondern zur Erde fließt.
Schaltkreissicherheitsmerkmale – Sicherungen und Schutzschalter
Ihr Haus erlaubt nur eine bestimmte Menge an Stromverbrauch auf einmal. Je nach Verkabelung können in manchen Häusern bis zu 150 Ampere gleichzeitig in das ganze Haus fließen, die sich auf mehrere Stromkreise verteilen. Der durchschnittliche Stromkreis in einem Haus hat 15 oder 20 Ampere. Wenn mehr Strom durch die Drähte fließt, erhitzen sie sich und können einen Brand auslösen. Daher sind Vorrichtungen erforderlich, die den Elektronenstrom unterbrechen, wenn die Stromstärke zu hoch wird. Eine Sicherung ist ein gängiges Gerät in vielen Haushalten. Im Inneren der Sicherung befindet sich ein winziger Metallstreifen. Wenn der Strom, der durch sie fließt, zu hoch ist, schmilzt der dünne Streifen und der Stromkreis wird unterbrochen.
Sicherungen haben den Nachteil, dass sie ersetzt werden müssen, sobald sie durchgebrannt sind. Eine bessere Lösung ist die Verwendung eines so genannten Schutzschalters. Ein Leitungsschutzschalter hat einen Schalter, der sich bei zu hoher Stromstärke öffnet. Dadurch wird jeglicher Stromfluss verhindert. Der Schalter kann manuell wieder geschlossen werden, wenn der Stromverbrauch gesunken ist. Wenn Sie beispielsweise zu viele elektronische Geräte in Ihrem Haus einschalten, die mehr als 15 Ampere verbrauchen, schaltet sich der Schutzschalter aus.