Was ist ein Stromkreis?

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2 Wasser und Strom vertragen sich nicht! ist eines der grundlegenden Dinge, die einem von Kindheit an über Elektronik beigebracht werden. Wo Strom ist, soll kein Wasser sein. Das Radio darf nicht am Rand der Badewanne stehen usw. Die Anleitung Wasser und Strom regt an, dies in Form von Experimenten zu überprüfen. Denn nicht jede Art von Wasser leitet Strom. Im Versuch wird normales Leitungswasser mit destilliertem Wasser verglichen. Eine LED wird an einen Stromkreislauf geschlossen, welcher einen Becher voll Leitungswasser oder destilliertem Wasser beinhaltet. So wird gezeigt, welche Art von Wasser den Strom leitet und welche nicht. Am Ende des Versuchs wird gezeigt, mit welchem Mittel es möglich ist destilliertes Wasser doch leitfähig zu machen. ACHTUNG: Destilliertes Wasser ist nicht trinkbar, sondern gesundheitsgefährdend wenn es getrunken wird! Wird dieser Versuch mit Kindern durchgeführt bitte unbedingt darauf hinweisen! Aber zuerst sollten wir uns etwas genauer anschauen, was ein Stromkreis eigentlich ist und wie eine LED funktioniert. 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 Strom und Wasser Schrotty Seite 2 9

3 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. 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. Strom und Wasser Schrotty Seite 3 9

4 Vergiss bitte nicht auf einen geeigneten Vorwiderstand für deine LED, damit sie nicht durch zu hohe Spannung beschädigt wird! Was findest du in dieser Anleitung? Schau dir die folgende Anleitung genau an und bitte einen Erwachsenen, dir bei deinen Experimenten zu helfen. Und denke immer daran: Berühre NIE Wasser, wenn du dir nicht sicher bist, ob sich Strom darin befinden kann! Trinke NIE destilliertes Wasser. Es schadet deinem Körper! Wasser und Strom... 5 Destilliertes Wasser und Strom... 7 Strom und Wasser Schrotty Seite 4 9

5 Wasser und Strom Welche Materialien brauche ich? 3 Krokoklemmen 1 9V-Batterie 1 LED 2 Stück Draht 1 Becher Leitungswasser Welche Werkzeuge brauche ich? Keine. Wie baue ich alles zusammen? Schritt 1 Zu Beginn werden die beiden Stücke Draht, wie im nachfolgenden Bild, gebogen um sie auf den Rand des Bechers oder Glases, in welchem sich das Leitungswasser befindet, hängen zu können. Wichtig hierbei ist, dass der Draht in das Wasser eintaucht. Die Drähte sollten möglichst an den gegenüberliegenden Seiten des Behälters angebracht werden. Strom und Wasser Schrotty Seite 5 9

6 Schritt 2 Nun wird der Pluspol der Batterie mit einem der Drähte, der ins Wasser hängt, verbunden. Dazu wird am besten eine Krokoklemme verwendet. Der Minuspol der Batterie wird daraufhin mit einer anderen Krokoklemme an den Minuspol der LED, also den kürzeren der Kontakte, gehängt. Nun muss nur noch der Pluspol der LED (längerer Fuß) mit dem zweiten Draht, der ins Wasser hängt, verbunden werden. Schon beginnt die LED zu leuchten. Strom und Wasser Schrotty Seite 6 9

7 Destilliertes Wasser und Strom Welche Materialien brauche ich? 3 Krokoklemmen 1 9V-Batterie 1 LED 2 Stück Draht 1 Becher destilliertes Wasser Salz Welche Werkzeuge brauche ich? Keine. Wie baue ich alles zusammen? Schritt 1 Führe einfach die Schritte des vorigen Experiments durch. Verwende aber anstelle des Leitungswassers destilliertes Wasser. Wichtig dabei ist, die beiden Drähte etwas abzuwischen, damit das destillierte Wasser nicht verunreinigt wird. Destilliertes Wasser leitet keinen Strom, das heißt, obwohl es tatsächlich Wasser ist, sollte bei einem gleichen Versuchsaufbau wie vorhin die LED nicht zum Leuchten gebracht werden. Der Grund, warum destilliertes Wasser nicht leitet, liegt in der Chemie destilliertes Wasser weist keine freien Ladungsträger wie Ionen auf. Diese werden allerdings zum Leiten benötigt. Normales Wasser leitet auch nur deswegen, weil darin gelöste Salze vorkommen. Die Ionen dieser Salze leiten den Strom. Also vereinfacht gesagt: Salzt man destilliertes Wasser, beginnt es den Strom zu leiten. Strom und Wasser Schrotty Seite 7 9

8 Wie vermutet wird die LED kaum bis gar nicht leuchten. Wie sehr sie leuchtet, hängt vom Grad der Verunreinigung des destillierten Wassers ab. Die folgende Abbildung zeigt wiederum das Ergebnis also eine LED, die nicht leuchtet, obwohl der gleiche Aufbau wie bei Leitungswasser verwendet wird. Schritt 2 Im letzten Schritt kann man noch etwas Salz in den Becher mit destilliertem Wasser streuen. Gewöhnliches Kochsalz genügt, um die LED zum Leuchten zu bringen. Bitte dabei beachten, dass das destillierte Wasser damit verunreinigt wird und nicht mehr als solches verwendet werden kann. Strom und Wasser Schrotty Seite 8 9

9 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. Strom und Wasser Schrotty Seite 9 9