Schaltung für höhere Spannung
Manche elektrischen Bauteile benötigen Quellen, die stärker als eine einfache Batterie (Monozelle) mit \(U=1{,}5\,\rm{V}\) sind. Viele Fernbedienungen benötigen eine Spannung von \(3\,\rm{V}\), einige Fahrradlampen auch eine Spannung von \(6\,\rm{V}\). Beim Einsetzen der Batterien musst du daher auf die Polung achten. Die richtige Anordnung ist im Batteriefach angegeben (siehe Abb. 1). In der Abbildung kannst du die leitenden Verbindungen zwischen dem Pluspol der ersten und dem Minuspol der zweiten sowie dem Pluspol der dritten und dem Minuspol der vierten Batterie gut erkennen. Auch der Pluspol der zweiten Batterie ist mit dem Minuspol der dritten Batterie leitend verbunden.
Die Zellen werden also in Reihe geschaltet (vgl. Abb. 2). Bei dieser Anordnung durchfließen die Elektronen nacheinander die vier Zellen. Jede dieser Zellen treibt sie an. Also werden die Elektronen viermal so stark angetrieben wie von einer einzigen Zelle. Die Gesamtspannung \(U_{\rm{ges}}\) der vier in Reihe geschalteten Zellen beträgt demnach \(4\cdot 1{,}5\,\rm{V} = 6\,\rm{V}\).
Joachim Herz Stiftung
Bei einer Reihenschaltung von Spannungsquellen ergibt sich die Gesamtspannung als Summe der Einzelspannungen:
\(U_{ges}=U_1+U_2+U_3+U_4\)
Schaltung für größere Stromstärke oder längere Lebensdauer
Joachim Herz Stiftung
Die dritte Abbildung zeigt eine weitere Möglichkeit vier Monozellen miteinander zu verbinden (Parallelschaltung). Fließt ein Elektron durch die Spannungsquelle, so bewegt es sich immer nur durch eine der vier Zellen. Jedes Elektron wird daher nur von einer einzigen Zelle angetrieben. Daher misst man am Lämpchen nur die Spannung einer Monozelle – nämlich 1,5V.
Eine Batterie aus parallelgeschalteten Zellen hat zwei Vorteile:
- Mit ihr kann ein Elektrogerät länger betrieben werden als mit einer einzigen Zelle. Jede Zelle treibt ja immer nur einen Teil der Elektronen an; die in einer Zelle gespeicherte Energie reicht daher länger.
- Sie kann einen größeren Strom antreiben. Um z.B. zwanzig parallelgeschaltete Glühlämpchen (1,5V; 0,15A) zum Leuchten zu bringen, muss die Spannungsquelle einen Strom von 3 A antreiben. Eine einzige Monozelle schafft das nicht.
Aufgabe
1. Jemand legt aus Versehen eine von den 4 Monozellen falsch herum in das Batteriefach aus Abb. 1.
a) Erläutere, warum die Fernbedienung so nicht richtig funktioniert.
b) Gib an, wie groß die Gesamtspannung bei einer solchen falschen Schaltung ist.
2. Erläutere, ob man mit Monozellen eine normale Haushaltsglühlampe zum Leuchten bringen könnte. (Nicht ausprobieren – Lebensgefahr!)
3. Welchen Vorteile hat eine große Batterie von Typ AA gegenüber einer kleineren Batterie vom Typ AAA?