Stromkreis

Stromkreise bilden die Grundlage der gesamten Elektrotechnik und spielen deshalb auch im Amateurfunk eine große Rolle. Grundsätzlich haben wir den Stromkreis schon kennengelernt. Schließt man an eine Stromquelle wie eine Batterie einen Verbraucher an, also z. B. eine Lampe, dann haben wir den Stromkreis geschlossen und es fließt Strom.

1) Kurzbeschreibung: Perspektivische Darstellung eines geschlossenen Rohrkreislaufs mit zylindrischem Behälter links, einem geöffneten Absperrhahn oben und einem Aggregat mit Schaufelrad rechts; blau eingefärbter Wasserfluss, oberhalb des Schaufelrades beginnend, über das Schaufelrad laufend und links davon im Rohrsystem unten endend.

2) Ausführliche Beschreibung: Links steht ein großer, zylindrischer Behälter mit gewölbtem Deckel und verschraubter Abdeckung auf einer Grundplatte. An seiner Seite gehen mehrere Rohranschlüsse ab, darunter ein seitlicher, flanschähnlicher Anschluss unten und ein Block mit mehreren Armaturengehäusen und Verschraubungen. Vom Behälter führt ein Rohrkreislauf über einen geöffneten Absperrhahn oben zu einem zweiten Aggregat. Dieses Aggregat besteht aus einem Schaufelrad mit vielen radial angeordneten Schaufeln. Ein blau eingefärbter Wasserfluss verläuft von oberhalb des Schaufelrades über das Schaufelrad und endet unten im Rohrsystem.
Abbildung N-13.3.1: Wasserkreislauf

Um das Ganze zu veranschaulichen, schauen wir uns zunächst einen ähnlichen Sachverhalt an. Die Abbildung N-13.3.1 zeigt einen Wasserkreislauf, bei dem Folgendes passiert:

  1. Eine Pumpe erzeugt Druck und pumpt damit das Wasser nach oben
  2. Das Wasser strömt durch ein offenes Ventil durch
  3. Ein Wasserrad wird vom fließenden Wasser angetrieben

Abschließend ist der Druck abgebaut und das Wasser kann durch die Pumpe erneut hochgepumpt werden. Schließt man das Ventil, so wird der Wasserkreislauf unterbrochen, und das Wasserrad läuft nicht mehr.

Ein Stromkreis wie in der Abbildung N-13.3.2 funktioniert so ähnlich wie der Wasserkreislauf. Auch wenn die Analogie des Wasserkreislaufs nur ein Modell ist und nicht für alle Sachverhalte in der Elektrotechnik herangezogen werden darf, kann es beim Verständnis des Stromkreises helfen.

1) Kurzbeschreibung: Einfacher Reihenschaltkreis in rechteckiger Leitungsführung mit Spannungsquelle links, einem geschlossenen Schalter oben und einem Widerstand rechts.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis aus geraden Leitern. Auf der linken vertikalen Seite ist in der Mitte das Symbol einer Spannungsquelle „U“ eingefügt: zwei parallele horizontale Linien quer zum Leiter, die obere (+) länger als die untere (–). Auf dem oberen horizontalen Leiter ist ein geschlossener Schalter dargestellt. In dem rechten vertikalen Leiter befindet sich ein rechteckiger Widerstand „R“. Im oberen horizontalen Leiter gibt es einen mit „I“ beschrifteten Pfeil nach rechts und im unteren horizontalen Leiter einen mit „I“ beschrifteten Pfeil nach links. Alle Bauteile sind in Reihe ohne weitere Abzweigungen verbunden; es sind keine weiteren Beschriftungen vorhanden.
Abbildung N-13.3.2: Geschlossener Stromkreis

Statt einer Pumpe verwenden wir eine Spannungsquelle, zum Beispiel eine Batterie, die statt eines Drucks eine Spannung ($U$) erzeugt. Diese Spannung bringt den Strom ($I$) zum Fließen, genauso wie der Druck das Wasser zum Fließen bringt.

Die Aufgabe des Ventils übernimmt ein Schalter. Mit diesem kann man den Stromkreis unterbrechen oder schließen. Es kann immer nur dann Strom fließen, wenn der Stromkreis geschlossen ist. Öffnet man den Schalter, wie in Abbildung N-13.3.3 gezeigt, wird der Stromfluss unterbrochen. Das Symbol des Schalters sowie praktische Umsetzungen als Kipp- und Schiebeschalter sieht man in der Abbildung N-13.3.4.

1) Kurzbeschreibung: Einfacher Reihenschaltkreis in rechteckiger Leitungsführung mit Spannungsquelle links, einem geöffneten Schalter oben und einem Widerstand rechts.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis aus geraden Leitern. Auf der linken vertikalen Seite ist in der Mitte das Symbol einer Spannungsquelle „U“ eingefügt: zwei parallele horizontale Linien quer zum Leiter, die obere (+) länger als die untere (–). Auf dem oberen horizontalen Leiter ist ein geöffneter Schalter dargestellt. In dem rechten vertikalen Leiter befindet sich ein rechteckiger Widerstand „R“. Alle Bauteile sind in Reihe ohne weitere Abzweigungen verbunden; es sind keine weiteren Beschriftungen vorhanden.
Abbildung N-13.3.3: Offener Stromkreis

1) Kurzbeschreibung: Foto mit zwei Schaltern in unterschiedlichen Bauformen mit Maßstab und zwei Schaltzeichen (offen und geschlossen) für einen Schalter.

2) Ausführliche Beschreibung: Das Foto zeigt zwei verschiedene Bauformen von Schaltern. Links steht ein vertikaler Doppelpfeil mit „1 cm“. Rechts davon liegen zwei Bauteile: ein großer Kippschalter mit einem metallenen Hebel und einem blauen Körper sowie ein kleinerer Schiebeschalter mit einem schwarzen, geriffelten Schieber und einem weißen Körper. Unten stehen die Schaltzeichen für einen geschlossenen Schalter und einen offenen Schalter.
Abbildung N-13.3.4: Schaltzeichen und Bauformen von Schaltern

NB701: Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?
1) Kurzbeschreibung: Horizontale Linie, die in der Mitte aufgetrennt ist; an den Trennstellen befinden sich zwei Kontaktpunkte; eine Linie führt von dem linken Punkt schräg nach oben rechts bis oberhalb des rechten Punktes, ohne diesen zu berühren.

2) Ausführliche Beschreibung: Das Schaltzeichen besteht aus einer  horizontalen Linie, die in der Mitte aufgetrennt ist. An den Trennstellen befinden sich zwei Kontaktpunkte. Vom linken Punkt führt eine Linie schräg nach oben rechts bis oberhalb des rechten Punktes, ohne diesen zu berühren. Es gibt keine Beschriftungen oder weiteren Bauteile.

In unserem Wasserbeispiel bremst das Wasserrad den Wasserfluss. Analog dazu wird im elektrischen Beispiel der Stromfluss durch einen Widerstand ($R$) gebremst. Ein Widerstand ist ein künstlicher Verbraucher, der Strom in Wärme umwandelt. Er hat nur den Zweck, den Stromfluss zu begrenzen. Verschiedene Arten von Widerständen sind in der Abbildung N-13.3.5 dargestellt.

NC101: Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?
1) Kurzbeschreibung: Horizontale Linie mit einem Symbol aus einem liegenden Rechteck in der Mitte.

2) Ausführliche Beschreibung: Eine horizontale Linie ist in der Mitte durch ein liegendes Rechteck unterbrochen. Es sind keine Beschriftungen, Maße, Achsen oder weiteren Bauteile vorhanden.

Im geschlossenen Stromkreis fließt der Strom immer vom Pluspol der Batterie zum Minuspol der Batterie. Diese Flussrichtung wird in der Fachsprache als technische Stromrichtung bezeichnet und ist in der Abbildung N-13.3.2 durch Pfeile gekennzeichnet.

Damit kein Kurzschluss entsteht, darf ein Stromkreis nicht nur aus Draht und geschlossenen Schaltern bestehen, sondern der Strom muss immer auch durch einen Widerstand, z. B. einen Verbraucher, fließen. Ein Kurzschluss kann sehr gefährlich sein, weil er eine unkontrollierte große Menge an Strom durch die Leitungen fließen lässt, was zu Beschädigungen an der Spannungsquelle, Geräten, schweren Verletzungen, einer Überhitzung oder möglicherweise sogar zu einem Brand führen kann.

NB702: Welches Bild zeigt die technische Stromrichtung korrekt an?

Die folgende Frage ist etwas knifflig. Man könnte meinen, dass Strom fließen kann, da ein Plus-Pol mit einem Minus-Pol verbunden ist. Das reicht jedoch nicht, da sich die getrennten Ladungen innerhalb einer Spannungsquelle ausgleichen wollen. Damit das möglich ist, muss der Stromkreis vom Plus-Pol einer Spannungsquelle zum Minus-Pol derselben Spannungsquelle führen. Merke: Nur in einem geschlossenen Stromkreis kann Strom fließen!

1) Kurzbeschreibung: Foto mit vier Widerständen in unterschiedlichen Bauformen (SMD, Schichtwiderstand, Folienwiderstand, Drahtwiderstand) mit Maßstab und Schaltzeichen für einen Widerstand.

2) Ausführliche Beschreibung: Das Foto zeigt vier verschiedene Bauformen von Widerständen. Links ist das Schaltzeichen für einen Widerstand, ein Rechteck, mit „R“ beschriftet. Daneben steht ein vertikaler Doppelpfeil mit „1 cm“. Rechts davon liegen vier Bauteile: ein kleiner, rechteckiger SMD-Widerstand mit der Beschriftung „1 kΩ“ und „125 mW“, dann ein axialer Schichtwiderstand mit den Angaben „47 kΩ“ und „250 mW“. Rechts davon ist ein Folienwiderstand mit der Beschriftung „620 kΩ
Abbildung N-13.3.5: Schaltzeichen und Bauformen von Widerständen

NB207: Kann in folgender Schaltung von zwei gleichen Spannungsquellen Strom fließen? Welche Begründung ist richtig?
1) Kurzbeschreibung: Horizontaler Leiter mit zwei in Reihe eingefügten Spannungsquellen, vier offenen Anschlusspunkten und einem nach rechts zeigenden Pfeil.

2) Ausführliche Beschreibung: Von links nach rechts verläuft ein durchgehender horizontaler Leiter. Am ganz linken Ende befindet sich ein kleiner, offener Kreis (Anschlusspunkt). Rechts davon ist eine Spannungsquelle mit einer langen (links) und einer kurzen Linie (rechts) eingezeichnet. Weiter rechts folgen ein weiterer Anschlusspunkt, ein schwarzer, nach rechts gerichteter Pfeil und wieder ein Anschlusspunkt. Im rechten Teil liegt eine zweite Spannungsquelle, wieder mit einer langen (links) und einer kurzen Linie (rechts). Am  rechten Ende des Leiters ist ein weiterer Anschlusspunkt eingezeichnet. Es sind keine Text- oder Achsbeschriftungen vorhanden.

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