Der einfache Stromkreis: Leiter und Isolatoren
Du lernst, wie ein geschlossener Stromkreis aufgebaut ist, liest Schaltpläne mit Schaltzeichen und unterscheidest Leiter von Isolatoren.
So funktioniert es
Eine Lampe leuchtet nur, wenn elektrischer Strom durch sie fließt. Dafür braucht man einen geschlossenen Stromkreis: Von einem Pol der Energiequelle muss ein ununterbrochener Weg aus leitendem Material durch die Lampe zurück zum anderen Pol führen.
Bestandteile
- Energiequelle (Spannungsquelle): Batterie, Netzgerät, Solarzelle
- Leitungen: meist Kupferdraht mit Kunststoffhülle
- Elektrisches Gerät: Lampe, Motor, Klingel
- Schalter: öffnet oder schließt den Stromkreis
Ist der Schalter offen, ist der Stromkreis unterbrochen, es fließt kein Strom.
Schaltpläne
Statt Bilder zu zeichnen, benutzt man Schaltzeichen: Eine Batterie wird als langer und kurzer Strich dargestellt, eine Lampe als Kreis mit Kreuz, ein Schalter als unterbrochene Linie mit Hebel. Leitungen zeichnet man mit dem Lineal als gerade Linien mit rechten Winkeln. Ein Schaltplan zeigt nicht, wie die Geräte aussehen, sondern wie sie verbunden sind.
Leiter und Isolatoren
- Leiter lassen elektrischen Strom gut durch: alle Metalle (Kupfer, Aluminium, Eisen), Graphit, Salzwasser, auch der menschliche Körper.
- Isolatoren (Nichtleiter) lassen praktisch keinen Strom durch: Kunststoff, Glas, Gummi, trockenes Holz, Porzellan, Luft.
Mit einem Leitfähigkeitsprüfer (Batterie, Lampe, zwei offene Kabelenden) kannst du testen: Leuchtet die Lampe, wenn du einen Gegenstand zwischen die Kabelenden hältst, ist er ein Leiter.
Kurzschluss
Werden die Pole der Energiequelle direkt, also ohne Gerät, verbunden, entsteht ein Kurzschluss. Dann fließt ein sehr großer Strom, die Leitungen werden heiß und es kann brennen. Sicherungen unterbrechen in solchen Fällen den Stromkreis.
Sicherheit
Experimente nur mit Batterien oder Schulnetzgeräten mit niedriger Spannung. Die Spannung der Steckdose (230 V) ist lebensgefährlich.
Kurz gemerkt
Strom fließt nur im geschlossenen Stromkreis aus Energiequelle, Leitungen und Gerät. Metalle sind Leiter, Kunststoff, Glas und Gummi sind Isolatoren. Eine direkte Verbindung der Pole ist ein gefährlicher Kurzschluss.
Beispiele mit Lösungsweg
Beispiel 1
- Strom braucht einen geschlossenen Weg aus leitendem Material.
- Zwischen Leitung und Pol ist keine leitende Verbindung.
Ergebnis Der Stromkreis ist unterbrochen, deshalb fließt kein Strom.
Beispiel 2
- Edelstahl ist ein Metall: Leiter.
- Bleistiftmine besteht aus Graphit: Leiter.
- Radiergummi: Isolator.
Ergebnis Löffel und Bleistiftmine leiten, der Radiergummi isoliert.
Übungsaufgaben mit Lösungen
Nenne die vier Bestandteile eines einfachen Stromkreises.
Lösung anzeigen
Energiequelle, Leitungen, elektrisches Gerät, Schalter.
Warum sind Kabel mit Kunststoff ummantelt?
Lösung anzeigen
Kunststoff ist ein Isolator. Er schützt vor Berührung und verhindert Kurzschlüsse.
Was passiert bei offenem Schalter?
Lösung anzeigen
Der Stromkreis ist unterbrochen, die Lampe leuchtet nicht.
Fehler, die Punkte kosten
Es wird angenommen, dass eine Leitung von einem Pol zur Lampe genügt.
Der Strom braucht einen geschlossenen Kreis: hin und zurück zur Energiequelle.
Wasser wird immer als Isolator bezeichnet.
Leitungswasser und Salzwasser leiten den Strom, deshalb sind elektrische Geräte im Bad gefährlich.
Hinweis zur Klassenstufe
Dieses Thema steht in vielen Bundesländern in Klasse 6 auf dem Lehrplan. Je nach Land und Schulform kann es früher oder später kommen.