Was ist ein Stromkreis?

Transkript

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2 Was ist ein Stromkreis? Warum leuchtet eigentlich die Lampe in einem Raum, wenn du auf den Lichtschalter drückst? Die Lösung des Rätsels beinhaltet alle einzelnen Komponenten, aus denen ein Stromkreis besteht. Schauen wir uns dieses Problem anhand eines Stromkreises an, den du auch selbst aufbauen kannst. ACHTUNG: Weil es viel zu gefährlich ist, mit dem Strom zu experimentieren, der aus der Steckdose kommt, verwenden wir eine Batterie, die uns mit Gleichspannung versorgt. Und statt der Lampe setzen wir eine Leuchtdiode (LED) ein, da diese sich besser zur Verwendung mit einer Batterie eignet. Aber nun zurück zum Stromkreis. Ein Stromkreis besteht im einfachsten Fall aus 1. einer Spannungs- bzw. Stromquelle 2. einem Verbraucher und 3. Leitungen bzw. Kabeln. Die Spannungs- bzw. Stromquelle (1) stellt Strom und Spannung bereit. Für die Schrotty-Versuche kann dies eine Batterie sein. Die Spannungs- bzw. Stromquelle (1) ist mit Leitungen (3) mit dem Verbraucher (2) verbunden. Die Leitungen bestehen im Inneren aus einem elektrisch sehr gut leitfähigen Material wie zum Beispiel Kupfer. Um den leitfähigen Kern herum befindet sich meist ein Mantel aus elektrisch nicht leitfähigem Material wie Kunststoff. Dadurch können Leitungen an der isolierten Schicht (am Kunststoff) berührt werden, ohne mit Strom in Berührung zu kommen. Der Verbraucher (2) wandelt im geschlossenen Stromkreis die elektrische Energie in eine andere Form von Energie um. In Falle einer LED wird Elektrizität in Licht und Wärme umgewandelt. Je nach Verbraucher können dies auch andere Formen von Energie sein. Wichtig dabei ist, dass jeder Verbraucher durch zu hohen Strom bzw. zu hohe Spannung zerstört werden kann. Eine LED ist beispielsweise ein Bauteil, der eine Spannung zwischen 1,6 Volt und 2,5 Volt Spannung benötigt. Ist die Spannung zu niedrig, leuchtet sie nicht. Ist sie zu hoch, wird die LED zerstört. Daher befindet sich in dieser Schaltung ein weiterer Verbraucher (Widerstand) um die Spannung, die für die LED benötigt wird, einzustellen. Die LED wird leuchten, wenn alle Leitungen wie im Schaltplan eingezeichnet miteinander verbunden sind. Nur dann kann der Strom von der Spannungsquelle zum Verbraucher und wieder zurück zur Spannungsquelle fließen. Es wird hier auch von einem geschlossenen Stromkreis gesprochen. TaschenLampe Schrotty Seite 2 10

3 Fehlt eine der Leitungen, wird der Stromkreis als offener Stromkreis bezeichnet. Der Strom kann nicht fließen und die LED kann daher nicht leuchten. Weitere sehr nützliche Informationen zu Stromkreisen sind im online verfügbaren Elektronik Kompendium zu finden: Um die Aufteilung von Strom und Spannung in einem Stromkreis zu ermitteln, kommen die Kirchhoffschen Regeln zum Einsatz: Wie schließe ich eine LED richtig an? Bei einigen elektronischen Bauteilen ist es wichtig zu wissen, welcher Anschluss sich näher dem Pluspol der Schaltung und welcher sich näher dem Minuspol befinden muss. Bei einer Leuchtdiode ist es zum Beispiel wichtig! Die Leuchtdiode lässt den Strom nur in eine Richtung fließen. Wird sie anders herum angeschlossen, sperrt sie den Strom. Das bedeutet, nur wenn der Strom durch die LED fließen kann, ist der Stromkreis geschlossen. Und nur dann leuchtet die LED. Eine LED, die in einer Farbe leuchten kann, hat üblicherweise zwei Anschlüsse. Ein Anschluss nennt sich Anode und steht für den Pluspol der LED. Damit die LED in einem geschlossenen Stromkreis leuchtet, muss sich dieser Anschluss näher dem Pluspol der Schaltung befinden. Der Pluspol der Schaltung befindet sich dort, wo sich der Pluspol der Spannungsquelle (z.b. Batterie) befindet. Der andere Anschluss der LED wird Kathode genannt und muss sich näher dem Minuspol der Schaltung befinden. Vergiss bitte nicht auf einen geeigneten Vorwiderstand für deine LED, damit sie nicht durch zu hohe Spannung beschädigt wird! TaschenLampe Schrotty Seite 3 10

4 Worum geht es bei der Anleitung? Aus einer alten Zahnbürste und ein paar elektronischen Bestandteilen wird in diesem Beispiel eine eigene Taschenlampe gebaut. Natürlich kann das Licht dabei nicht gebündelt werden, wie bei einer echten Taschenlampe, aber das Prinzip ist dasselbe. Taschenlampe... 5 Varianten... 9 TaschenLampe Schrotty Seite 4 10

5 Taschenlampe Welche Materialien brauche ich für die Anleitung? Zahnbürste (nur der Stiel wird benötigt, das heißt falls ein Brush-Bot gebaut wurde, kann nun der Rest verwendet werden) 3V-Knopf Batterie (möglichst klein) Eine möglichst große LED (ca. Fingerspitzengröße ist perfekt) 20-30cm Schaltdraht 1 Schalter Isolierband (notfalls ist Tixo auch möglich) Ein Blatt Papier (optional) Welche Werkzeuge brauche ich? Seitenschneider Schere TaschenLampe Schrotty Seite 5 10

6 Wie baue ich alles zusammen? Schritt 1 Zu Beginn wird der Kopf der Zahnbürste mit einem Seitenschneider entfernt. Vorsicht, denn die Teile können weit fliegen. Der Schalter wird dann mit genügend Isolierband so am Stiel der Zahnbürste fixiert, dass er sicher hält und nicht gelockert wird, wenn er betätigt wird. Schritt 2 Das Plus-Beinchen der LED (=das längere Beinchen) wird mit dem Pluspol der Batterie verbunden. Mit Isolierband wird das Beinchen an die Batterie geklebt. Zum Test kann das andere Beinchen an die andere Seite gedrückt werden. Somit können der Kontakt und die Funktionstüchtigkeit der LED getestet werden die LED sollte leuchten. TaschenLampe Schrotty Seite 6 10

7 Die LED mit der Batterie wird mithilfe von Isolierband an die Spitze des Zahnbürstenstiels geklebt. Es sollte darauf geachtet werden, dass der eigentlich freie Kontakt der LED nicht zu nah an der Batterie liegt, da bei einem Kontakt die LED immer leuchten und somit den Schalter ignorieren würde. Schritt 3 Zwei Stücke Schaltdraht zu je ca. 5 cm werden abgezwickt und auf beiden Seiten abisoliert. Einer der abisolierten Schaltdrähte wird unter das Isolierband an der Batterie geschoben und zwar an der gegenüberliegenden Seite als die an der die LED verbunden ist. Schritt 4 Das andere Ende des Schaltdrahts wird mit einem Kontakt des Schalters verbunden. Entweder wird dazu bei diesem Modell die Schraube gelockert, der Draht hindurchgeführt und die Schraube wieder befestigt, oder der Draht wird einfach um die Schraube herumgewickelt. TaschenLampe Schrotty Seite 7 10

8 Das zweite Stück Schaltdraht wird mit dem zweiten Kontakt des Schalters und dem zweiten Kontakt der LED verbunden. Bei der Verbindung mit der LED kann zwischen Löten und Wickeln gewählt werden. Im folgenden Bild fiel die Entscheidung auf Wickeln, da es schneller geht, weil kein Lötkolben aufgeheizt werden muss. Dir ist sicher aufgefallen, dass die LED, wenn der Schalter geschlossen wird, direkt mit der Batterie verbunden ist. Aber wo ist nun der Widerstand, von dem ganz zu Beginn der Anleitung im Abschnitt Was ist ein Stromkreis gesprochen wurde? Nun, da die Spannung der kleinen Knopfzelle 3 Volt beträgt, kann auf den Widerstand verzichtet werden. Diese Spannung ist für die meisten LEDs noch nicht zu hoch. Somit hat unser Stromkreis genau 3 Komponenten: Eine Leuchtdiode, einen Schalter und eine Spannungsquelle (Knopfzellenbatterie mit 3V). TaschenLampe Schrotty Seite 8 10

9 Schritt 5 (optional) Aus einem kleinen Blatt Papier wird eine Form wie im nachfolgenden Bild ausgeschnitten. Diese Form dient dazu, einen Kegel um die LED zu basteln, damit das Licht der LED etwas eingeschränkt und ähnlich wie bei einer Taschenlampe gebündelt wird. Und so sieht die Taschenlampe nun am Ende aus: Varianten Die LED der Taschenlampe kann in verschiedenen Farben gewählt werden. Der Schalter ist nicht zwingend einzubauen. Der Schaltkreis funktioniert auch ohne Schalter. Dabei wird dann einfach die LED mit der Batterie verbunden und am Zahnbürstenstiel befestigt. TaschenLampe Schrotty Seite 9 10

10 Impressum FH JOANNEUM Gesellschaft mbh Institut Informationsmanagement Alte Poststraße 149 A-8020 Graz Tel.: +43 (0) Inhalte (Texte, Fotos, ) wenn nicht anders gekennzeichnet: DMT-Team und / oder StudentInnen des Studiengangs Informationsmanagement der FH JOANNEUM Schrotty ist ein Projekt der FH JOANNEUM am Institut Informationsmanagement und wurde in der digital media technologies Arbeitsgruppe von Gerhard Sprung ins Leben gerufen. Das Projekt Schrotty wird im Rahmen der generation innovation Regionen Projekte der FFG mit Geldern des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie gefördert. TaschenLampe Schrotty Seite 10 10