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Stromkreise

Zehn Aufgaben, die mehrere Schritte verbinden: Ströme addieren, Batterien kombinieren, Messreihen weiterdenken.

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Aufgabenblock — AFB II

Zehn Aufgaben aus allen neun Unterkapiteln des Themas „Stromkreise“. Auf der Stufe AFB II reicht es nicht, einen Wert zu nennen: Du musst Zusammenhänge herstellen und in mehreren Schritten anwenden — erst die Situation übersetzen, dann rechnen oder vergleichen, dann entscheiden. Wenn es hakt, helfen dir bei jeder Aufgabe drei gestufte Tipps; darunter steht die vollständige Lösung.

A1
Sturmschaden — richtig reagieren und begründen
AFB II

Nach einem Sturm ist am Feldweg ein Strommast umgeknickt. Eine Leitung hängt herunter und liegt quer über einem Fahrrad. Eine Person liegt daneben und hält den Lenker noch fest. Der Boden ist vom Regen nass. Du kommst als Erste dazu.

1) Was tust du zuerst?

2) Welche vier Aussagen zu diesem Unfall stimmen? Klicke alle richtigen an — falsche bleiben unangeklickt.

Ansatz: Denk an die Reihenfolge der Ersten Hilfe. Sie beginnt nicht beim Anfassen, sondern beim Hilfeholen. Erst wenn der Strom abgeschaltet ist, darf getrennt werden — und dann nur mit einem nicht leitenden Gegenstand.
Zwischenschritt: Prüfe jede Aussage einzeln mit einer Regel aus dem Kapitel: Wer eine unter Spannung stehende Person berührt, wird selbst Teil des Kreises. Nasse Haut leitet viel besser als trockene. Und Stromunfälle haben Spätfolgen an Nieren und Nerven — noch Stunden später.
Lösungsweg: 1) Abstand halten, Hilfe rufen, Notruf. 2) Richtig sind die vier Aussagen über den Stromkreis, über nasse Haut, über den unsichtbaren Strom und über den späteren Arztbesuch.
Vollständige Lösung
Teil 1: Die richtige Reihenfolge lautet: Hilfe rufen — Strom abschalten — mit einem nicht leitenden Gegenstand trennen — Notruf 112 und Erste Hilfe. Wer sofort hinläuft und zugreift, wird selbst Teil des Stromkreises und liegt Sekunden später als zweiter Verletzter daneben. Auch der Schuh hilft nicht: Der Boden ist nass, und nasses Material leitet.
Teil 2: Richtig sind: „Ich würde selbst Teil des Stromkreises“, „nasse Haut und nasser Boden vergrößern die Gefahr“, „man sieht der Leitung die Spannung nicht an“ und „später trotzdem zur Ärztin oder zum Arzt“. Falsch ist die Reihenfolge „erst ziehen, dann rufen“ — und falsch ist auch der Gedanke, eine Leitung sei ohne sichtbare Funken harmlos. Bei Hochspannung springt der Strom sogar durch die Luft; deshalb gilt: großer Abstand, niemals berühren.
großer Abstand nie berühren
Leitung am Boden — Abstand halten
A2
Taschenlampe — welcher Kreis ist geschlossen?
AFB II

Jonas schraubt seine Taschenlampe auf. Darin liegen zwei AA-Batterien mit je 1,5 V hintereinander, ein Schiebeschalter, eine Metallfeder als Kontakt und ein Lämpchen mit Glühfaden.

V

b) Jonas notiert sechs Zustände. Entscheide bei jedem: Ist der Stromkreis geschlossen (das Lämpchen leuchtet) oder unterbrochen (es bleibt dunkel)? Wähle einen Eintrag aus und drücke dann im passenden Feld auf „Hierhin legen“.

Zustände in der Taschenlampe

Lämpchen leuchtet

Bleibt dunkel

Ansatz: Batterien hintereinander addieren ihre Spannungen. Und für Teil b gilt der Kernsatz: Der Strom muss vom Pluspol durch alle Bauteile bis zum Minuspol zurückkommen. Eine einzige Unterbrechung genügt — dann fließt nirgendwo Strom.
Zwischenschritt: Gehe bei jedem Zustand den Weg mit dem Finger nach: Batterie → Feder → Schalter → Lämpchen → zurück. Frage dich nur: Gibt es an irgendeiner Stelle eine Lücke? Ein Kratzer außen am Gehäuse liegt gar nicht auf diesem Weg.
Lösungsweg: a) 1,5 V + 1,5 V = 3 V. b) Vier Zustände unterbrechen den Kreis (Schalter auf 0, gerissener Glühfaden, Feder ohne Kontakt, leere Batterien), zwei nicht (alles fest / Kratzer außen).
Vollständige Lösung
a) Die Batterien liegen hintereinander, Pluspol an Minuspol des Nachbarn. Ihre Spannungen addieren sich: 1,5 V + 1,5 V = 3 V.
b) Dunkel bleibt es bei: Schalter auf 0 (der Schalter öffnet den Kreis), gerissener Glühfaden (der Verbraucher hat innen eine Lücke), verbogene Feder (die Leitung zur Batterie ist unterbrochen) und leeren Batterien (die Stromquelle liefert keine Energie mehr). Leuchten tut sie, wenn alles fest sitzt — und auch mit einem Kratzer im Gehäuse, denn das Gehäuse gehört nicht zum Stromweg. Merksatz: Genau eine dieser vier Lücken reicht schon aus. Deshalb prüft man bei einer dunklen Taschenlampe der Reihe nach: Schalter, Batterien, Kontakte, Glühfaden.
1,5 V 1,5 V − + − + Schalter Feder 2 × 1,5 V in Reihe Lämpchen Stromweg: Batterie → Feder → Schalter → Lämpchen → zurück
Taschenlampe im Längsschnitt
A3
Schaltbild — den Fehler im Plan finden
AFB II

Eine Gruppe zeichnet den Schaltplan für eine Prüfschaltung: Batterie, Schalter, Glühlampe und ein Amperemeter, das die Stromstärke im Kreis messen soll. Beim Aufbau stimmt etwas nicht: Das Amperemeter misst nicht die Stromstärke, die durch die Lampe fließt.

a) Vier Stellen im Plan sind mit a bis d markiert. Klicke die Stelle an, an der der Fehler steckt. Mit der Tastatur: mit Tab hineinspringen, mit den Pfeiltasten wechseln, mit Enter oder der Leertaste auswählen.

a b c d Prüfschaltung: Batterie — Schalter — Glühlampe — Amperemeter
Klicke oder tabbe auf a, b, c oder d.

b) Wie behebst du den Fehler?

Ansatz: Zwei Messgeräte, zwei Anschlussarten. Eins wird in den Stromkreis eingebaut, das andere parallel zu einem Bauteil. Welches ist welches?
Zwischenschritt: Prüfe jede Stelle mit einer Regel: Beim Batteriesymbol ist der lange Strich der Pluspol, der kurze dicke der Minuspol — das stimmt hier. Der Schalter ist als geschlossen gezeichnet — das ist in Ordnung. Die Glühlampe ist der Kreis mit dem Kreuz — auch richtig. Bleibt das Messgerät.
Lösungsweg: Der Fehler steckt an Stelle c: Das Amperemeter hängt in einem eigenen Zweig neben der Lampe. Es muss stattdessen in die Leitung selbst eingebaut werden.
Vollständige Lösung
Ein Amperemeter misst die Stromstärke und wird deshalb in den Stromkreis eingebaut: Der gesamte Strom muss durch das Gerät hindurchfließen. Im Plan hängt es aber in einem eigenen Zweig neben der Lampe — das ist die Anschlussart des Voltmeters, das die Spannung misst und deshalb parallel zum Bauteil angeschlossen wird. Genau deshalb misst es nicht den Strom, der durch die Lampe fließt — der Plan ist falsch gezeichnet. Die Stellen a, b und d sind korrekt gezeichnet: langer Strich = Pluspol und kurzer dicker Strich = Minuspol, geschlossener Schalter, Glühlampe als Kreis mit Kreuz. Zum Merken: Amperemeter = mitten hinein in den Weg, Voltmeter = außen daneben.
2

Schaltungs-Prüfstand — selbst ausprobieren

Zwischendurch zum Anfassen: Baue eine Schaltung mit bis zu vier Lämpchen an einem 6-V-Akku. Wähle Reihe oder parallel, öffne und schließe den Schalter und drehe einzelne Lämpchen heraus. Rechts liest du in Worten mit, was in deiner Schaltung passiert — genau die Überlegungen, die du in den Aufgaben brauchst.

Ein Klick auf ein Lämpchen dreht es heraus, ein zweiter dreht es wieder ein. Mit der Tastatur: mit Tab zum ersten Lämpchen, mit den Pfeiltasten zum nächsten, mit Enter oder der Leertaste heraus- und wieder eindrehen.

Schaltungsart
Anzahl Lämpchen
Schalter und Neustart
3

Aufgabenblock — Teil 2

Weiter mit den Aufgaben A6 bis A10: Stoffe beurteilen, Spannungen anpassen, Ströme mit einer Sicherung vergleichen und aus einer Messreihe eine Vorhersage ableiten.

Wie war es?

Zehn Aufgaben der Stufe AFB II — mehrschrittig, mit Übersetzung in den Alltag. Wie sicher fühlst du dich jetzt?