Komplexere Schaltkreise

Elektrizitätslehre

Komplexere Schaltkreise

  • Warum werden Steckdosen parallel geschaltet?
  • Wie sind die Lampen einer Lichterkette angeordnet?
  • Wie erweitert man den Messbereich von Messgeräten?

Komplexere Schaltkreise - Downloads

tafelbild schaltungen
Das Tafelbild dient zur Erschließung der Thematik „Schaltungen“. Die erste Flipchart widmet sich einer Wiederholung der Schaltung von Messgeräten. Hierbei können die Schüler aktiv an der Tafel die jeweiligen Lücken, mithilfe der Lösungsvorschläge, füllen.
 
Nachfolgend wird auf die Kirchhoff’schen Gesetze (Knoten-Regel und Maschen-Regel) eingegangen, sowie die Reihenschaltung, Parallelschaltung und Wechselschaltung näher betrachtet.
 
Ebenso Übungsaufgaben zu den jeweiligen Schaltungen werden vorgeschlagen
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Didaktische Hinweise
Die Flipcharts können in eine 45-minütige Stunde eingefügt werden. Es ist eine reine Erarbeitungsstunde. Bei gutem Lernfortschritt, oder bei 90-minütigen Unterrichtsstunden, kann der Übungsteil mit inkludiert werden.

Interaktive Besonderheiten sind:
  1. Auf den Folien, wo die Schaltungen näher erläutert werden, kann durch ziehen des rechten Rahmens auf die Schrift, der Schaltplan angezeigt werden.
  2. Die Lösungen zu den Übungsaufgaben werden sichtbar, indem man auf den grünen Button klickt.

Die exakte Handhabe mit den einzelnen Funktionen ist dem Notizenbrowser zu entnehmen. Es empfiehlt sich, sich im Vorfeld der UR-Stunde eingehend mit den verwendeten Funktionen auseinander zu setzen.

Notizenbrowser




Bitte beachten Sie, dass die Folien für Smart Notebook ein etwas anderes Bedienkonzept haben. Eine Erklärung befindet sich in der Download-Datei.

Die Animation zeigt die Vorgehensweise bei der Berechnung einer Schaltung mit drei Widerständen.

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Die Animation zeigt die Stromkreise beim intakten und beim defekten Wasserkocher.

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Die Animation zeigt die Anwendung der KIRCHHOFFschen Knotenregel in einem Schaltkreis.

Die Animation zeigt die Anwendung der KIRCHHOFFschen Maschenregel in einem Schaltkreis.

Die Animation zeigt die Analogie zu den KIRCHHOFFschen Gesetzen im Wassermodell.

Die Animation zeigt die Bedeutung des physikalischen Begriffs eines Knotens.

Die Animation zeigt das Leuchtverhalten der Lampe für eine Beobachtungsdauer von 30 Sekunden.

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Die Animation zeigt die Zielsetzung bei der Berechnung des Ersatzwiderstandes einer Parallelschaltung zweier Widerstände.

Um die Gleichung\[\frac{1}{\color{Red}{{R_{\rm{ges}}}}} = \frac{1}{{{R_1}}} + \frac{1}{{{R_2}}}\]nach \(\color{Red}{{R_{\rm{ges}}}}\) aufzulösen, musst du zwei Umformungen durchführen:


Addiere die Brüche auf der rechten Seite der Gleichung, indem du sie auf den gleichen Nenner bringst und die Zähler addierst.\[\frac{1}{\color{Red}{{R_{\rm{ges}}}}} = \frac{{{R_2}}}{{{R_1}} \cdot {{R_2}}} + \frac{{{R_1}}}{{{R_2}}\cdot {{R_1}}} = \frac{{{R_2}}+{{R_1}}}{{{R_1}}\cdot {{R_2}}}\]
Bilde auf beiden Seiten der Gleichung den Kehrwert der Brüche.\[\color{Red}{{R_{\rm{ges}}}} = \frac{{{R_1}} \cdot {{R_2}}}{{{R_2}}+{{R_1}}}\]Die Gleichung ist nach \(\color{Red}{{R_{\rm{ges}}}}\) aufgelöst.
Um die die Gleichung\[\frac{1}{{{R_{\rm{ges}}}}} = \frac{1}{\color{Red}{{R_1}}} + \frac{1}{{{R_2}}}\]nach \(\color{Red}{{R_1}}\) aufzulösen, musst du vier Umformungen durchführen:


Vertausche die beiden Seiten der Gleichung.\[\frac{1}{\color{Red}{{R_1}}} + \frac{1}{{{R_2}}} = \frac{1}{{{R_{\rm{ges}}}}}\]
Subtrahiere auf beiden Seiten der Gleichung \(\frac{1}{{{R_2}}}\).\[\frac{1}{\color{Red}{{R_1}}} = \frac{1}{{{R_{\rm{ges}}}}} - \frac{1}{{{R_2}}}\]
Subtrahiere die Brüche auf der rechten Seite der Gleichung, indem du sie auf den gleichen Nenner bringst und die Zähler subtrahierst.\[\frac{1}{\color{Red}{{R_1}}} = \frac{{{R_2}}}{{{R_{\rm{ges}}}} \cdot {{R_2}}} - \frac{{{R_{\rm{ges}}}}}{{{R_2}}\cdot {{R_{\rm{ges}}}}} = \frac{{{R_2}} - {{R_{\rm{ges}}}}}{{{R_{\rm{ges}}}}\cdot {{R_2}}}\]
Bilde auf beiden Seiten der Gleichung den Kehrwert der Brüche.\[\color{Red}{{R_1}} = \frac{{{R_{\rm{ges}}}} \cdot {{R_2}}}{{{R_2}} - {{R_{\rm{ges}}}}}\]Die Gleichung ist nach \(\color{Red}{{R_1}}\) aufgelöst.
Um die die Gleichung\[\frac{1}{{{R_{\rm{ges}}}}} = \frac{1}{{{R_1}}} + \frac{1}{\color{Red}{{R_2}}}\]nach \(\color{Red}{{R_2}}\) aufzulösen, musst du vier Umformungen durchführen:


Vertausche die beiden Seiten der Gleichung.\[\frac{1}{{{R_1}}} + \frac{1}{\color{Red}{{R_2}}} = \frac{1}{{{R_{\rm{ges}}}}}\]
Subtrahiere auf beiden Seiten der Gleichung \(\frac{1}{{{R_1}}}\).\[\frac{1}{\color{Red}{{R_2}}} = \frac{1}{{{R_{\rm{ges}}}}} - \frac{1}{{{R_1}}}\]
Subtrahiere die Brüche auf der rechten Seite der Gleichung, indem du sie auf den gleichen Nenner bringst und die Zähler subtrahierst.\[\frac{1}{\color{Red}{{R_2}}} = \frac{{{R_1}}}{{{R_{\rm{ges}}}} \cdot {{R_1}}} - \frac{{{R_{\rm{ges}}}}}{{{R_1}}\cdot {{R_{\rm{ges}}}}} = \frac{{{R_1}} - {{R_{\rm{ges}}}}}{{{R_{\rm{ges}}}}\cdot {{R_1}}}\]
Bilde auf beiden Seiten der Gleichung den Kehrwert der Brüche.\[\color{Red}{{R_2}} = \frac{{{R_{\rm{ges}}}} \cdot {{R_1}}}{{{R_1}} - {{R_{\rm{ges}}}}}\]Die Gleichung ist nach \(\color{Red}{{R_2}}\) aufgelöst.

Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen der Gleichung \(\frac{1}{{{R_{{\rm{ges}}}}}} = \frac{1}{{{R_1}}} + \frac{1}{{{R_2}}}\) nach den drei in der Formel auftretenden Größen.

  
  
 
  
©  W. Fendt 2006
HTML5-Canvas nicht unterstützt!

Diese Simulation demonstriert eine Potentiometerschltung und erlaubt es, den Verlauf der an einem Potentiometer abgegriffenen Spannung zu verfolgen. Wichtigster Teil der Schaltung ist ein Schiebewiderstand (im einfachsten Fall ein Draht, dessen Widerstand nicht vernachlässigbar ist) mit einem verschiebbaren Schleifkontakt. Dieser Schleifkontakt zerlegt den Schiebewiderstand in zwei Einzelwiderstände, deren Werte mit Hilfe einer Längenskala leicht zu bestimmen sind.

Wir danken Herrn Walter Fendt für die Erlaubnis, diese HTML5/Javascript-Simulation auf LEIFIphysik zu nutzen.

Downloads:

Die Animation zeigt die Zielsetzung bei der Berechnung des Ersatzwiderstandes einer Reihenschaltung zweier Widerstände.

Downloads:
Die Gleichung\[\color{Red}{{R_{\rm{ges}}}} = {{R_1}} + {{R_2}}\]ist bereits nach \(\color{Red}{{R_{\rm{ges}}}}\) aufgelöst. Du brauchst also keine Umformungen durchzuführen.
Um die Gleichung\[{{R_{\rm{ges}}}} = \color{Red}{{R_1}} + {{R_2}}\]nach \(\color{Red}{{R_1}}\) aufzulösen, musst du zwei Umformungen durchführen:


Vertausche die beiden Seiten der Gleichung.\[\color{Red}{{R_1}} + {{R_2}} = {{R_{\rm{ges}}}}\]
Subtrahiere auf beiden Seiten der Gleichung \({{{R_2}}}\).\[\color{Red}{{R_1}} = {{R_{\rm{ges}}}} - {{R_2}}\]Die Gleichung ist nach \(\color{Red}{{R_1}}\) aufgelöst.
Um die Gleichung\[{{R_{\rm{ges}}}} = {{R_1}} + \color{Red}{{R_2}}\]nach \(\color{Red}{{R_2}}\) aufzulösen, musst du zwei Umformungen durchführen:


Vertausche die beiden Seiten der Gleichung.\[{{R_1}} + \color{Red}{{R_2}} = {{R_{\rm{ges}}}}\]
Subtrahiere auf beiden Seiten der Gleichung \({{{R_1}}}\).\[\color{Red}{{R_2}} = {{R_{\rm{ges}}}} - {{R_1}}\]Die Gleichung ist nach \(\color{Red}{{R_2}}\) aufgelöst.

Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen der Gleichung \({{R_{{\rm{ges}}}} = {R_1} + {R_2}}\) nach den drei in der Formel auftretenden Größen.

Die Schaltung zeigt den Anschluss eines Spannungsmessers zur Bestimmung der Spannung, die eine elektrische Quelle liefert.

Die Schaltung zeigt den Anschluss eines Spannungsmessers zur Bestimmung der Spannung, die über einem Widerstand abfällt.

Die Schaltung zeigt den Anschluss eines Strommessers zur Bestimmung der Stromstärke, die an einer Stelle durch einen Stromkreis fließt.

Die Animation zeigt den Aufbau, die Durchführung und die Beobachtung des Versuchs mit einem Spannungsteiler mit Widerstandsdraht.

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©  W. Fendt 2006
HTML5-Canvas nicht unterstützt!

Diese Simulation stellt eine WHEATSTONE-Brücke dar. Der gesuchte Widerstand befindet sich in der Mitte oben, der Vergleichswiderstand rechts daneben. Wichtigster Teil der Schaltung ist ein Schiebewiderstand (im einfachsten Fall ein Draht, dessen Widerstand nicht vernachlässigbar ist) mit einem verschiebbaren Schleifkontakt. Dieser Schleifkontakt zerlegt den Schiebewiderstand in zwei Einzelwiderstände, deren Werte mit Hilfe einer Längenskala leicht zu bestimmen sind. Die Spannungsquelle (blau) ist unterhalb des Schiebewiderstands abgebildet. Der unbekannte Widerstand erhält seinen Wert durch den Zufallsgenerator. Die anderen Widerstände sowie die Gesamtspannung lassen sich – in gewissen Grenzen – in der Schaltfläche auf der linken Seite einstellen.

Wir danken Herrn Walter Fendt für die Erlaubnis, diese HTML5/Javascript-Simulation auf LEIFIphysik zu nutzen.

Die Animation zeigt den Aufbau und die Durchführung des Versuchs mit einer zweiten Lampe im Stromkreis, die einmal in Serie und einmal parallel zur ersten Lampe geschaltet wird.

Die Animation zeigt die Beobachtung des Versuchs mit einer zweiten Lampe im Stromkreis, die einmal in Serie und einmal parallel zur ersten Lampe geschaltet wird.

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