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Der einfache Stromkreis

Der einfache Stromkreis

Im Abschnitt Definition der Stromrichtung haben wir uns schon kurz mit dem einfachen Stromkreis beschäftigt. Er besteht aus einer Spannungsquelle, wie zum Beispiel einer Batterie, einem elektrisch leitenden Draht, einem Schalter, mit dem man den Draht und damit den gesamten Stromfluss unterbrechen kann, und einem Widerstand, wie zum Beispiel einem Lämpchen. Man betrachtet den Idealfall, bei dem die Leitungsdrähte als ideale Leiter angenommen werden.

Abb.1

Wir wollen wieder mit dem Analogiemodell ein besseres Verständnis für den einfachen Stromkreis erreichen: Das Wassermodell aus dem Abschnitt Die elektrische Spannung hilft uns hier weiter. Dem Draht entspricht wieder der Verbindungsschlauch, dem Schalter entspricht die unterbrochene Verbindung und als Widerstand wird eine Turbine verwendet, mit der man zum Beispiel ein Gewicht anheben kann. Das Bauteil Spannungsquelle muss aber konzeptionell noch geklärt werden:

Abb.2

Denn stellt man in der obigen Anordnung die Verbindung her, dann wird die Turbine durch das fließende Wasser angetrieben. Sie wird allerdings immer langsamer. Es passiert dasselbe wie im Abschnitt Die elektrische Spannung. Das Wasser fließt immer langsamer, da der Druckunterschied durch das Angleichen der Wasserstände der beiden Gefäße immer weniger wird.

In unserem Modell für die Elektrizitätslehre würde das bedeuten, dass der Stromfluss nach kurzer Zeit endet, da die Spannung immer geringer wird.In der Praxis ist das meistens nicht so. Wir sind es gewohnt fortwährend Strom, also fließende Ladungen zu nutzen, oder wenigstens eine Zeit lang konstante Spannung zur Verfügung zu haben, die unsere vielfältigen elektrischen Geräte betreibt.

Im Modell des Wasserstromkreises benötigt man daher eine Pumpe, die das Wasser vom vorderen Gefäß zum Hinteren befördert, und damit die Druckdifferenz zwischen den Gefäßen aufrecht erhält. Mit der Pumpe im Wasserkreislauf benötigen wir nun keine großen Gefäße mehr, außerdem kann die Turbine dauerhaft betrieben werden.Die großen Gefäße erfüllten nebenbei aber noch eine weitere Aufgabe: Aus ihrem Wasserstand konnte man sofort auf die wirkende Druckdifferenz schließen. Um diese Information weiterhin zu erhalten, benutzt man im Kreislauf Druckmesser, die mit Hilfe eines einfachen senkrechten Rohres an der jeweiligen Stelle den Druck anzeigen.

Abb.3

Somit ist die Spannungsquelle, in unserem Beispiel die Batterie, vergleichbar mit einer Pumpe im Wassermodell, welche die Druckdifferenz, also im elektrischen Stromkreis die Spannung, zwischen Pumpenein- und -ausgang konstant hält.

Möglich wird der Antrieb der Elektronen im elektrischen Fall bei der Batterie durch die chemischen Vorgänge, wie wir es im Abschnitt Die Chemische Wirkung des elektrischen Stromes schon behandelt haben, nämlich das "in Lösung gehen" der Zinkionen (Lösungsdruck) und der daraus resultierende Aufbau des Spannungsgefälles zwischen den Elektroden.

Heute benutzt man meistens Akkumulatoren, kurz Akkus, die wiederaufladbar sind. Beim Aufladen führt man von außen elektrische Energie zu, diese verändert die chemischen Verbindungen des Akkus und speichert dadurch die zugeführte Energie als chemische Energie. Beim Entladen wird diese gespeicherte Energie als elektrische Energie wieder frei.

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