6.2 Elektrizität

Das Wassermodell: Pumpe, Kies und Hahn im Stromkreis

1. 0:00In der Animation stehen ein Wasserkreis und ein Stromkreis in derselben Anordnung. Jedes Bauteil hat sein Gegenstück, und ein Klick wechselt zwischen den beiden Bildern.
2. 0:10Im Wasserkreis treibt eine Pumpe mit sechzig Kilopascal das Wasser durch eine Kiesfüllung. Beide Durchflussmesser zeigen sechzig Milliliter pro Sekunde, vor und nach dem Kies. Das Wasser wird nicht weniger. Nur der Druck sinkt: Nach dem Kies ist das Rohr hell.
3. 0:25Schalte zum Stromkreis. Die Pumpe wird zur Quelle mit sechs Volt, der Kies zum Widerstand mit zehn Ohm. Beide Amperemeter zeigen null Komma sechs Ampere. Der Widerstand verbraucht keinen Strom. An ihm fällt die Spannung ab, wie der Druck am Kies.
4. 0:39Drehst du den Hahn zu, steht das Wasser überall zugleich still. Im Stromkreis heisst das: Schalter offen. Der Strom ist null, und das Voltmeter am Widerstand zeigt nichts mehr. Die ganzen sechs Volt liegen jetzt am offenen Schalter.
5. 0:53Wähle Parallel mit zehn und zwanzig Ohm. An beiden Zweigen liegen die vollen sechs Volt. Durch den ersten fliessen null Komma sechs Ampere, durch den zweiten null Komma drei. Zusammen sind es null Komma neun Ampere, so wie sich im Wasserkreis sechzig und dreissig zu neunzig Millilitern pro Sekunde addieren.
6. 1:10Merke: Die Quelle ist eine Pumpe, kein Vorratstank. Die Spannung entspricht dem Druckunterschied, die Stromstärke dem Volumenstrom. Am Widerstand geht Druck verloren, nicht Strom.

Ohmsches Gesetz: was die Kennlinie zeigt

1. 0:00In der Animation zum ohmschen Gesetz hast du Spannung und Widerstand eingestellt. Hier sind die Erkenntnisse: Spannung, Strom und Widerstand hängen über eine einzige Gleichung zusammen.
2. 0:10Bei sechs Volt und hundert Ohm fliessen sechzig Milliampere. Das ist ein Punkt im Diagramm. Die Gerade durch diesen Punkt beginnt im Ursprung: ohne Spannung kein Strom.
3. 0:21Verdoppelst du die Spannung auf zwölf Volt, verdoppelt sich auch der Strom, auf hundertzwanzig Milliampere. Der Punkt wandert auf derselben Geraden nach oben. Spannung und Strom sind proportional.
4. 0:32Senkst du den Widerstand auf zwanzig Ohm, fliessen bei zwölf Volt sechshundert Milliampere. Die Gerade wird flacher. Ihre Steigung ist der Widerstand: steile Gerade, grosser Widerstand, wenig Strom.
5. 0:44Merke: Das ohmsche Gesetz lautet U gleich R mal I. Im U-I-Diagramm ist die Steigung der Geraden der Widerstand. Grösserer Widerstand bedeutet bei gleicher Spannung weniger Strom.

Multimeter anschliessen: in Serie oder parallel

1. 0:00In der Animation hast du ein Multimeter auf vier Arten angeschlossen, zwei richtig und zwei falsch. Die Erklärung steckt im Ersatzschaltbild: Jedes Element hat einen Innenwiderstand.
2. 0:11Das Amperemeter kommt in Serie in die aufgetrennte Leitung. Der ganze Strom fliesst durch das Gerät. Sein Innenwiderstand von null Komma eins Ohm ändert den Strom kaum: rund hundertachtundneunzig Milliampere.
3. 0:24Das Voltmeter liegt parallel zur Lampe, an denselben zwei Knoten. Es zeigt die Klemmenspannung, elf Komma neun Volt. Mit einem Megaohm zweigt es nur rund zwölf Mikroampere ab.
4. 0:34Parallel zur Lampe überbrückt das Amperemeter sie wie ein Stück Draht. Aus der Quelle fliessen zwanzig Ampere, ihre Klemmenspannung bricht auf zwei Volt ein, die Lampe wird fast dunkel. Die Sicherung des Geräts brennt durch. Danach ist der Messzweig offen, die Lampe leuchtet wieder, und die Anzeige bleibt auf null.
5. 0:52In Serie drosselt das Voltmeter mit seinem Megaohm den Strom auf zwölf Mikroampere. Fast die ganze Spannung fällt am Gerät ab. Es zeigt zwölf Volt, und die Lampe bleibt dunkel.
6. 1:03Merke: Das Amperemeter kommt in Serie, das Voltmeter parallel. Sein kleiner Innenwiderstand macht das Amperemeter parallel gefährlich, der grosse Innenwiderstand macht das Voltmeter in Serie nutzlos.

Multimeter bedienen: Bereich, Buchse, Anschluss

1. 0:00Ein echtes Multimeter verlangt drei Entscheidungen: den Bereich am Drehschalter, die Buchse für die rote Leitung und die Art des Anschlusses. Hier sind die Erkenntnisse aus der Animation.
2. 0:11Für die Spannung stellst du den Zwanzig-Volt-Bereich ein, steckst die rote Leitung in die Buchse V Ohm Milliampere und klemmst das Gerät parallel zu R. Es zeigt acht Komma fünf sieben Volt. Im Zwei-Volt-Bereich stünde O L, Überlauf.
3. 0:25Für den Strom wählst du den Milliampere-Bereich und trennst die Leitung auf. Das Gerät kommt in Serie dazwischen. Sein Innenwiderstand von einem Ohm senkt den Strom nur wenig, auf fünfundachtzig Komma eins Milliampere.
4. 0:37Misst du den Widerstand im eingebauten Zustand, zeigt das Ohmmeter achtundzwanzig Komma sechs Ohm statt hundert. Parallel zu R liegt der Weg über Lampe und Netzgerät, und den misst es mit.
5. 0:49Baust du R aus und misst ohne Spannung, zeigt das Gerät hundert Ohm. Das Ohmmeter schickt selbst einen kleinen Messstrom; eine fremde Spannung würde den Wert verfälschen.
6. 0:59Merke: Spannung misst man parallel im Volt-Bereich, Strom in Serie im Milliampere-Bereich, Widerstand ausgebaut und ohne Spannung. Und umgesteckt wird nur, wenn das Netzgerät aus ist.

Widerstand eines Leiters: was Länge, Querschnitt und Material bewirken

1. 0:00In der Animation zum Leiterwiderstand stellst du Material, Länge und Querschnitt eines Drahts ein. Hier siehst du, was jede der drei Stellschrauben bewirkt.
2. 0:09Starte mit hundert Metern Kupferdraht, zweieinhalb Quadratmillimeter dick. Setzt du die Werte in die Formel ein, ergibt sich ein Widerstand von null Komma sechs acht Ohm.
3. 0:19Verdoppelst du die Länge auf zweihundert Meter, verdoppelt sich auch der Widerstand, auf eins Komma drei sechs Ohm. Der Strom muss durch doppelt so viel Material.
4. 0:29Zurück auf hundert Meter, dafür doppelter Querschnitt: fünf Quadratmillimeter. Jetzt halbiert sich der Widerstand auf null Komma drei vier Ohm. Ein dickerer Draht bietet dem Strom mehr Platz.
5. 0:40Gleiche Form wie am Anfang, aber aus Konstantan statt Kupfer. Der Widerstand steigt auf neunzehn Komma sechs Ohm, fast dreissigmal so viel. Das Material steckt im spezifischen Widerstand Rho.
6. 0:52Merke: Ein längerer Draht hat mehr Widerstand, ein dickerer weniger. Wie gut ein Material leitet, sagt der spezifische Widerstand Rho.

Zwei Widerstände in Reihe: Widerstände addieren, Spannung teilt sich im Verhältnis

1. 0:00In der Animation liegen zwei Widerstände hintereinander an einer Quelle. Der Strom hat nur einen Weg: durch beide nacheinander. Was daraus folgt, siehst du jetzt.
2. 0:10Stell zwölf Volt, hundert Ohm und zweihundert Ohm ein. In Reihe addieren sich die Widerstände: zusammen dreihundert Ohm.
3. 0:18Mit dreihundert Ohm treiben zwölf Volt einen Strom von vierzig Milliampere. Die Punkte laufen überall gleich dicht: Durch beide Widerstände fliesst derselbe Strom.
4. 0:28Die Spannung teilt sich auf. Über hundert Ohm fallen vier Volt ab, über zweihundert Ohm acht Volt. Zusammen sind es wieder zwölf Volt, und der grössere Widerstand bekommt den grösseren Anteil.
5. 0:40Erhöhst du den zweiten Widerstand auf dreihundert Ohm, sinkt der Strom im ganzen Kreis auf dreissig Milliampere. Über dem ersten Widerstand liegen jetzt nur noch drei Volt, über dem zweiten neun.
6. 0:51Merke: In Reihe fliesst überall derselbe Strom. Die Widerstände addieren sich, und die Spannung teilt sich im Verhältnis der Widerstände auf.

Zwei Widerstände parallel: Teilströme addieren, Gesamtwiderstand sinkt

1. 0:00In dieser Animation hängen zwei Widerstände nebeneinander an derselben Quelle. Der Strom hat zwei Wege. Was das bedeutet, siehst du jetzt.
2. 0:09Stell zwölf Volt, hundert Ohm und zweihundert Ohm ein. Beide Zweige hängen direkt an der Quelle. Über jedem Widerstand liegen darum die vollen zwölf Volt.
3. 0:19Durch hundert Ohm fliessen hundertzwanzig Milliampere, durch zweihundert Ohm nur sechzig. Der kleinere Widerstand bekommt den grösseren Strom. Die Punkte zeigen es: links dichter als rechts.
4. 0:30Vor der Verzweigung fliesst der ganze Strom, danach teilt er sich auf. Zusammen sind es hundertachtzig Milliampere. Was in den Knoten hineinfliesst, fliesst auch wieder hinaus.
5. 0:41Der Gesamtwiderstand ist nur sechsundsechzig Komma sieben Ohm, kleiner als der kleinste Einzelwiderstand. Jeder Zweig ist ein zusätzlicher Weg, das macht es dem Strom leichter.
6. 0:51Merke: Parallel liegt an jedem Zweig dieselbe Spannung. Die Ströme addieren sich, durch den kleineren Widerstand fliesst mehr, und der Gesamtwiderstand ist kleiner als jeder einzelne.

Gemischte Schaltung durchgerechnet: zusammenfassen, zurückrechnen, prüfen

1. 0:00In der Animation fasst du eine Schaltung Schritt für Schritt zusammen. Die Regel dahinter: Zusammengefasst wird von innen nach aussen, gerechnet wird von aussen nach innen.
2. 0:09Zuerst die Frage: Welche zwei Widerstände gehören zusammen? R zwei und R drei hängen an denselben zwei Knoten, sie sind parallel. R eins liegt in Reihe dazu.
3. 0:20Innen beginnen: Die Parallelgruppe wird zu einem Ersatzwiderstand. Aus zweihundertzwanzig und dreihundertdreissig Ohm werden hundertzweiunddreissig Ohm. Das ist weniger als der kleinste der beiden, denn jeder weitere Zweig öffnet dem Strom einen zusätzlichen Weg.
4. 0:34Jetzt liegen R eins und der Ersatzwiderstand in Reihe, sie werden addiert: zweihundertzweiunddreissig Ohm. Erst mit diesem einen Widerstand lässt sich der Strom aus der Quelle berechnen, rund zweiundfünfzig Milliampere.
5. 0:47Nun rechnest du von aussen nach innen zurück: Der Strom liefert die Spannung an R eins, die Parallelgruppe bekommt den Rest. Zwei Proben schliessen ab. Die Spannungen ergeben zusammen zwölf Volt, und die beiden Zweigströme ergeben zusammen wieder den Gesamtstrom.
6. 1:02Merke: Zuerst zusammenfassen, was an denselben zwei Knoten hängt, von innen nach aussen. Dann von aussen nach innen zurückrechnen. Und immer die zwei Proben machen: Spannungssumme und Stromsumme.

Leistung und Energie: die Fläche unter dem Rechteck

1. 0:00In der Animation spannen Leistung und Zeit ein Rechteck auf. Die Erkenntnis: Die Höhe ist die Leistung, die Fläche ist die Energie. Und die Energie steht auf der Stromrechnung.
2. 0:11Zweihundertdreissig Volt und acht Ampere ergeben eine Leistung von tausendachthundertvierzig Watt. Sie sagt, wie viel Energie pro Sekunde umgesetzt wird. Im Diagramm ist sie die Höhe des Rechtecks.
3. 0:23Läuft das Gerät anderthalb Stunden, ist die Energie Leistung mal Zeit: zwei Komma sieben sechs Kilowattstunden. Das ist die Fläche des Rechtecks. Bei einundzwanzig Rappen pro Kilowattstunde kostet das achtundfünfzig Rappen.
4. 0:37Zweitausend Watt während einer halben Stunde und fünfhundert Watt während zwei Stunden: Die Rechtecke sehen verschieden aus, haben aber dieselbe Fläche, genau eine Kilowattstunde. Alle Einstellungen auf der gestrichelten Kurve ergeben diesen Wert.
5. 0:50Merke: Die Leistung ist Spannung mal Stromstärke. Die Energie ist Leistung mal Zeit. Und die Stromrechnung zählt Energie, in Kilowattstunden, nicht Leistung.

Wechselspannung: gleicher Scheitelwert, halbe Heizleistung

1. 0:00In der Animation liegen zwei gleiche Heizwiderstände an Gleich- und an Wechselspannung, beide mit dem Scheitelwert dreihundertfünfundzwanzig Komma drei Volt. Welcher wird wärmer?
2. 0:10Die Gleichspannung liegt dauernd an. Der Widerstand setzt in jedem Moment gleich viel um: dreihundertfünfundzwanzig Komma drei Volt im Quadrat durch fünfzig Ohm, rund zweitausendeinhundertsechzehn Watt.
3. 0:22Bei Wechselspannung schwankt die Leistung, p gleich u Quadrat durch R. Sie ist nie negativ: Auch bei negativer Spannung heizt der Widerstand. Zweimal pro Periode erreicht sie den Höchstwert, sie schwingt mit hundert Hertz. Im Mittel ist es nur die Hälfte, rund tausendachtundfünfzig Watt.
4. 0:39Mit dem Knopf gleiche Heizwirkung sinkt die Gleichspannung, bis beide gleich warm werden: bei zweihundertdreissig Volt. Das ist der Scheitelwert geteilt durch Wurzel zwei, der Effektivwert.
5. 0:50Merke: Bei gleichem Scheitelwert heizt die Wechselspannung nur halb so stark. Gleich warm wird es beim Effektivwert, dem Scheitelwert geteilt durch Wurzel zwei. Die zweihundertdreissig Volt der Steckdose sind ein Effektivwert, die Spitze liegt bei rund dreihundertfünfundzwanzig Volt.

Zwei Lampen: welche leuchtet in Reihe heller?

1. 0:00Zwei Glühlampen am Netz, vierzig und sechzig Watt. Parallel leuchtet die Sechzig-Watt-Lampe heller. Und in Reihe?
2. 0:09Aus dem Typenschild folgt der Widerstand, R gleich U Quadrat durch P. Die Vierzig-Watt-Lampe hat eintausenddreihundertdreiundzwanzig Ohm, die Sechzig-Watt-Lampe achthundertzweiundachtzig Ohm. Parallel liegen an beiden die vollen zweihundertdreissig Volt: Beide leisten genau, was auf dem Typenschild steht.
3. 0:27In Reihe fliesst durch beide Lampen derselbe Strom: zweihundertdreissig Volt durch die Summe der Widerstände, rund hundertvier Milliampere. Zusammen setzen beide nur noch vierundzwanzig Watt um statt hundert.
4. 0:40Bei gleichem Strom gilt P gleich R mal I Quadrat. Der grössere Widerstand setzt mehr um: Die Vierzig-Watt-Lampe bekommt vierzehn Komma vier Watt, die Sechzig-Watt-Lampe nur neun Komma sechs. In Reihe leuchtet also die Vierzig-Watt-Lampe heller.
5. 0:54Merke: In Reihe leuchtet die Lampe mit der kleineren Nennleistung heller, weil sie den grösseren Widerstand hat. Erst parallel, an der vollen Spannung, stimmen die Typenschilder.

Stromschlag: Stromstärke und Einwirkzeit entscheiden

1. 0:00Wie gefährlich ein Stromschlag ist, hängt vom Strom durch den Körper ab und davon, wie lange er fliesst. Die Animation zeigt beides in einem Diagramm.
2. 0:09Nach rechts wächst die Stromstärke, nach oben die Einwirkzeit. Beide Achsen sind logarithmisch: Jeder Teilstrich ist zehnmal mehr. Die Farben zeigen die Gefahrenbereiche, vereinfacht nach der Norm. Je grösser Strom und Zeit, desto gefährlicher.
3. 0:24Zweihundertdreissig Volt an tausend Ohm treiben zweihundertdreissig Milliampere durch den Körper. Eine halbe Sekunde reicht für Bereich vier: Herzkammerflimmern ist wahrscheinlich.
4. 0:35Mit trockener Haut ist der Widerstand grösser, fünftausend Ohm. Es fliessen nur noch sechsundvierzig Milliampere. Nach zwei Sekunden liegt das trotzdem im Bereich drei: Die Muskeln verkrampfen, Herzkammerflimmern ist möglich.
5. 0:47Derselbe Strom, aber nur eine Zwanzigstelsekunde lang, liegt im Diagramm im Bereich zwei. Die Zeit zählt mit. Darum muss ein Schutzschalter schnell abschalten, je grösser der Strom, desto schneller.
6. 1:00Merke: Gefährlich ist die Kombination aus Stromstärke und Einwirkzeit. Bei langer Einwirkung sind schon kleine Ströme gefährlich, im Diagramm ab einer Viertelsekunde auch unter dreissig Milliampere.

FI-Schutzschalter: was der Stromvergleich zeigt

1. 0:00In der Animation zum FI-Schutzschalter hast du die Fälle selbst durchgespielt. Hier sind die Erkenntnisse. Der FI misst nicht, wie viel Strom fliesst, sondern wie viel auf dem Rückweg fehlt.
2. 0:12Im Normalbetrieb fliessen rund acht Komma sieben Ampere zum Wasserkocher hin und genau gleich viel über den Neutralleiter zurück. Die Differenz ist null. Der FI bleibt ein.
3. 0:22Fehlt der Schutzleiter und fasst ein Mensch das defekte Gehäuse an, fliesst Strom durch ihn zur Erde. Bei tausend Ohm Körperwiderstand sind das zweihundertdreissig Milliampere, die auf dem Rückweg fehlen. Der FI trennt in höchstens vierzig Millisekunden. Die Sicherung merkt davon nichts.
4. 0:39Ist der Schutzleiter angeschlossen, fliesst der Fehlerstrom über ihn zur Erde ab, sofort, noch bevor jemand das Gehäuse berührt. Bei zwei Ohm Schleifenwiderstand sind das hundertfünfzehn Ampere. Der FI sieht die Differenz, und auch die Sicherung trennt sofort.
5. 0:54Beim Kurzschluss zwischen Aussenleiter und Neutralleiter steigt der Strom auf fast fünfhundert Ampere. Er fliesst aber vollständig über den Neutralleiter zurück. Die Differenz bleibt null, der FI bleibt ein. Hier trennt die Sicherung.
6. 1:08Merke: Der FI vergleicht Hin- und Rückstrom und trennt, wenn etwas fehlt. Die Sicherung reagiert nur auf die Stärke des Stroms. Der FI ist ein zusätzlicher Schutz. Dreissig Milliampere sind keine sichere Grenze.

Leistung und Energie: was die Stromrechnung wirklich zählt

1. 0:00Ein Wasserkocher mit zweitausend Watt läuft fünf Minuten, eine LED-Lampe mit neun Watt fünf Stunden. Welche der beiden kostet mehr?
2. 0:09Die elektrische Leistung ist Spannung mal Stromstärke. Sie sagt, wie viel Energie in jeder Sekunde umgesetzt wird.
3. 0:17Die Energie ist Leistung mal Zeit. Im Diagramm ist sie die Fläche unter dem Leistungsbalken — nicht seine Höhe.
4. 0:25Zweihundertdreissig Volt und acht Ampere ergeben tausendachthundertvierzig Watt. Über anderthalb Stunden sind das zwei Komma sieben sechs Kilowattstunden.
5. 0:35Und die Frage vom Anfang: Der Kocher braucht null Komma eins sieben Kilowattstunden, die LED null Komma null vier fünf. Der kurze Kocher kostet fast das Vierfache.
6. 0:45Merke: Leistung ist das Tempo, Energie die Menge. Bezahlt wird die Menge.

Kurzschluss, Sicherung und FI: was wovor schützt

1. 0:00Im Sicherungskasten sitzen zwei ganz verschiedene Schutzschalter nebeneinander. Der eine schützt die Leitungen, der andere zusätzlich die Menschen.
2. 0:09Berühren sich die beiden Leiter direkt, bleibt fast kein Widerstand übrig. Nach dem ohmschen Gesetz wird der Strom dann riesig.
3. 0:17Dagegen sitzt die Sicherung im Kasten. Sie trennt den Kreis, wenn der Strom zu gross wird, beim Kurzschluss sofort. Sie schützt die Installation, nicht den Menschen.
4. 0:27Denn durch einen Körper mit tausend Ohm treiben zweihundertdreissig Volt bereits zweihundertdreissig Milliampere. Wie gefährlich das ist, hängt von Stromstärke und Einwirkzeit ab.
5. 0:38Darum gibt es den Fehlerstromschutzschalter. Er vergleicht Hin- und Rückstrom und trennt ab rund dreissig Milliampere Unterschied, je grösser der Fehlerstrom, desto schneller.
6. 0:48Merke: Die Sicherung schützt die Leitung, der Fehlerstromschutzschalter zusätzlich den Menschen. Eine sichere Grenze sind dreissig Milliampere aber nicht.

Wechselspannung: was 230 V bedeuten

1. 0:00Auf der Steckdose steht zweihundertdreissig Volt. Die Spannung pendelt aber zwischen plus und minus dreihundertfünfundzwanzig Volt.
2. 0:09Wechselspannung wechselt die Richtung, im Netz fünfzigmal pro Sekunde. Der höchste Wert heisst Scheitelwert.
3. 0:17Ein Heizwiderstand wird in beide Richtungen warm. Seine Leistung schwankt zwischen null und dem Höchstwert, im Mittel ist sie halb so gross.
4. 0:26Der Effektivwert ist die Gleichspannung mit gleicher Heizwirkung. Daraus folgt: Scheitelwert geteilt durch Wurzel zwei.
5. 0:34Dreihundertfünfundzwanzig durch Wurzel zwei gibt rund zweihundertdreissig Volt. An fünfzig Ohm sind das rund tausendachtundfünfzig Watt.
6. 0:43Merke: Zweihundertdreissig Volt ist der Effektivwert — die Spitze ist Wurzel zwei mal grösser.

Multimeter richtig anschliessen: messen, ohne zu stören

1. 0:00Ein Amperemeter parallel zur Lampe geklemmt — und die Sicherung im Messgerät brennt durch. Wie schliesst man richtig an?
2. 0:09Der Strom muss durch das Gerät hindurch. Das Amperemeter kommt in Serie, sein Innenwiderstand ist sehr klein.
3. 0:17Die Spannung liegt zwischen zwei Punkten. Das Voltmeter kommt parallel dazu, sein Innenwiderstand ist sehr gross.
4. 0:25Vertauscht man das, geht es schief. Das Amperemeter parallel wirkt wie ein Draht: Kurzschluss, die Sicherung brennt durch. Das Voltmeter in Serie bremst den Strom fast auf null.
5. 0:36Sechzig Ohm an zwölf Volt: zweihundert Milliampere. Mit dem Amperemeter in Serie hundertneunundneunzig Komma sieben — kaum ein Unterschied. Mit dem Voltmeter in Serie nur etwa ein Mikroampere.
6. 0:48Merke: Amperemeter in Serie und niederohmig, Voltmeter parallel und hochohmig. Und vorher Bereich und Buchse wählen.

Das ohmsche Gesetz: was der Widerstand eigentlich ist

1. 0:00Zwei Lampen an derselben Batterie: Die eine leuchtet hell, die andere schwach. Beide bekommen dieselbe Spannung.
2. 0:09Der Widerstand sagt, wie stark ein Bauteil den Strom bremst: Spannung geteilt durch Stromstärke. Gemessen wird er in Ohm.
3. 0:17Bei einem ohmschen Bauteil bleibt dieser Quotient konstant. Trägt man Strom über Spannung auf, ergibt sich eine Gerade durch den Ursprung.
4. 0:26Zwölf Volt an zweihundert Ohm ergeben sechzig Milliampere.
5. 0:33Das Gesetz gilt für ohmsche Bauteile. Eine Glühlampe gehört nicht dazu: Ihr Draht wird heiss, und mit der Temperatur steigt sein Widerstand.
6. 0:42Merke: Spannung ist Widerstand mal Stromstärke. Bei festem Widerstand sind Strom und Spannung proportional.

Der Widerstand eines Leiters: Material, Länge, Querschnitt

1. 0:00Eine Kabeltrommel mit hundert Metern Kabel, aufgerollt und voll belastet. Nach einer Weile ist sie warm.
2. 0:09Der Widerstand eines Drahtes hängt an drei Dingen: am Material, an der Länge und am Querschnitt. Länger heisst mehr, dicker heisst weniger.
3. 0:18Der spezifische Widerstand gilt für einen Meter Länge bei einem Quadratmillimeter Querschnitt. Silber und Kupfer sind die besten Leiter, Eisen ist deutlich schlechter.
4. 0:28Hundert Meter Kabel sind zweihundert Meter Leiter — hin und zurück. Mit zweieinhalb Quadratmillimetern ergibt das ein Komma drei sechs Ohm.
5. 0:37Bei zwanzig Ampere fallen daran siebenundzwanzig Volt ab, und die Trommel setzt fünfhundertvierundvierzig Watt in Wärme um.
6. 0:45Merke: Widerstand wächst mit der Länge und sinkt mit dem Querschnitt. Die Verlustleistung wächst mit dem Quadrat der Stromstärke.

Reihenschaltung: ein Strom, geteilte Spannung

1. 0:00Bei einer alten Lichterkette brennt eine einzige Lampe durch — und die ganze Kette bleibt dunkel.
2. 0:09In der Reihenschaltung gibt es nur einen Weg. Darum fliesst an jeder Stelle derselbe Strom.
3. 0:17Die Spannung dagegen teilt sich auf: Jeder Widerstand bekommt seinen Anteil, und zusammen ergeben sie die Quellenspannung.
4. 0:25Weil sich die Spannungen addieren und der Strom gleich bleibt, addieren sich die Widerstände. Der Ersatzwiderstand ist grösser als jeder einzelne.
5. 0:34Hundert und zweihundertzwanzig Ohm an zwölf Volt: dreihundertzwanzig Ohm Ersatzwiderstand, siebenunddreissig Komma fünf Milliampere, und die Spannung teilt sich in drei Komma sieben fünf und acht Komma zwei fünf Volt.
6. 0:47Merke: In Reihe ist der Strom überall gleich, die Spannung teilt sich, und die Widerstände addieren sich.

Parallelschaltung: eine Spannung, geteilter Strom

1. 0:00Im Haushalt hängen alle Geräte an denselben zweihundertdreissig Volt, und jedes läuft für sich. Ein ausgeschaltetes stört die anderen nicht.
2. 0:09Parallel geschaltete Bauteile hängen an denselben zwei Punkten. Darum liegt an jedem dieselbe Spannung.
3. 0:17Dafür teilt sich der Strom an der Verzweigung auf. Durch den kleineren Widerstand fliesst mehr.
4. 0:25Für den Ersatzwiderstand addieren sich nicht die Widerstände, sondern ihre Kehrwerte. Er ist immer kleiner als der kleinste Einzelwiderstand.
5. 0:34Hundert und zweihundertzwanzig Ohm an zwölf Volt: die Zweigströme sind hundertzwanzig und vierundfünfzig Komma fünf Milliampere, zusammen hundertvierundsiebzig Komma fünf — und der Ersatzwiderstand achtundsechzig Komma acht Ohm.
6. 0:47Merke: Parallel ist die Spannung überall gleich, der Strom teilt sich, und der Ersatzwiderstand ist kleiner als der kleinste Einzelwiderstand.

Gemischte Schaltungen: von innen nach aussen

1. 0:00Hundert Ohm in Reihe zu zweihundertzwanzig und dreihundertdreissig Ohm parallel, an zwölf Volt. Wo fängt man an?
2. 0:09Zuerst die Gruppe suchen: Parallel sind Widerstände an denselben zwei Knoten.
3. 0:17Die Parallelgruppe wird ein einziger Widerstand: hundertzweiunddreissig Ohm, kleiner als der kleinere der beiden.
4. 0:25Dann die Reihe: zweihundertzweiunddreissig Ohm. An zwölf Volt fliessen einundfünfzig Komma sieben Milliampere.
5. 0:33Rückwärts: fünf Komma eins sieben Volt an hundert Ohm, sechs Komma acht drei an der Gruppe, aufgeteilt in einunddreissig und zwanzig Komma sieben Milliampere. Die Summen stimmen.
6. 0:44Merke: Von innen nach aussen zusammenfassen, dann rückwärts aufteilen — und mit den Summen prüfen.

Ladung, Strom und Spannung: die drei Grundgrössen

1. 0:00Ein Druck auf den Schalter, und die Taschenlampe leuchtet sofort. Drei Grössen stecken dahinter — und die verwechselt man leicht.
2. 0:09Ganz unten liegt die Ladung. Die kleinste frei vorkommende ist die Elementarladung eines Elektrons; ein Coulomb sind gut sechs Trillionen davon.
3. 0:18Bewegt sich Ladung, fliesst ein Strom. Die Stromstärke sagt, wie viel Ladung je Sekunde durch einen Querschnitt geht.
4. 0:26Damit sich die Ladung überhaupt bewegt, braucht es einen Antrieb. Die Spannung ist die Arbeit je Ladung und wird in Volt gemessen.
5. 0:34Fliessen kann der Strom nur im geschlossenen Kreis. Die Elektronen wandern dabei vom Minus- zum Pluspol; die technische Stromrichtung ist umgekehrt definiert.
6. 0:43Merke: Ladung wird transportiert. Die Stromstärke sagt, wie viel davon pro Sekunde vorbeikommt, die Spannung, wie viel Energie jede Ladung mitbekommt. Coulomb, Ampere, Volt.

Spannung liegt an, Strom fliesst

1. 0:00An jeder Steckdose der Wohnung liegen zweihundertdreissig Volt. Trotzdem fliesst dort im Moment kein einziges Ampere.
2. 0:09Der Unterschied steckt schon im Sprachgebrauch: Spannung besteht zwischen zwei Punkten, Stromstärke fliesst durch einen Querschnitt.
3. 0:17An der offenen Steckdose besteht die Spannung, aber der Kreis ist nicht geschlossen. Erst der angeschlossene Verbraucher lässt Strom fliessen.
4. 0:26Vorgegeben ist die Spannung: Das Netz hält sie fest. Wie viel Strom fliesst, entscheidet der Widerstand des Geräts.
5. 0:34Darum sagt man auch nicht «Strom anlegen». Angelegt wird Spannung; der Strom ergibt sich daraus.
6. 0:41Merke: Spannung zwischen, Strom hindurch. In diesem einfachen Stromkreis gibt die Quelle die Spannung vor; zusammen mit dem Widerstand ergibt sich daraus die Stromstärke.

Strom wird nicht verbraucht, Energie schon

1. 0:00Zwei Messgeräte, eines vor und eines nach der Lampe. Beide zeigen denselben Wert — obwohl die Lampe doch leuchtet.
2. 0:09Der Befund ist eindeutig: In die Lampe hinein fliesst genau so viel Strom wie aus ihr heraus. Kein Elektron bleibt darin stecken.
3. 0:17Ladung geht nicht verloren. Sie wandert im geschlossenen Kreis herum und kommt vollständig zur Quelle zurück.
4. 0:25Verändert wird nicht die Ladungsmenge, sondern ihre Energie. Über der Lampe fällt Spannung ab — und genau dort wird Energie umgesetzt.
5. 0:33Der «Stromverbrauch» auf der Rechnung ist darum ein schiefer Ausdruck. Abgerechnet wird Energie, in Kilowattstunden.
6. 0:41Merke: Der Strom fliesst durch und kommt vollständig zurück. Verbraucht wird die Energie, die er unterwegs abgibt.