Aufgabenblock — AFB III
Begründen statt nur rechnen: rückwärts arbeiten, Strukturen erkennen und eigene Begründungssätze formulieren, bevor du die Musterlösung aufklappst. Schreibe deine Antwort wirklich auf — der Vergleich mit der Musterlösung bringt nur dann etwas.
Begründe in 3–4 Sätzen, warum in einer Reihenschaltung aus drei Lampen an jeder Messstelle dieselbe Stromstärke gemessen wird.
Hinweis: Denke daran, was Stromstärke überhaupt zählt — und was mit dieser Größe an einer Stelle passieren müsste, damit hinter der Lampe weniger ankommt.
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Musterlösung: Die Stromstärke gibt an, wie viel Ladung in jeder Sekunde durch eine Stelle des Leiters fließt. In einer Reihenschaltung gibt es nur einen einzigen Stromweg; Ladung kann ihn also weder verlassen noch sich irgendwo ansammeln, ohne dass sich dort eine immer größere Ladung aufbauen würde. Da niemand eine solche Aufladung beobachtet, muss in jeder Sekunde genauso viel Ladung aus einem Bauteil herauskommen, wie hineingeflossen ist — die Stromstärke ist überall gleich groß. In der Lampe wird nicht Ladung verbraucht, sondern Energie: Das erkennt man daran, dass an der Lampe eine Spannung anliegt, die Stromstärke vor und hinter ihr aber gleich ist.
Erkläre in 3–4 Sätzen, warum in einer Parallelschaltung an jedem Zweig die volle Quellenspannung liegt — unabhängig davon, wie viele Zweige zugeschaltet werden.
Hinweis: Betrachte einen Umlauf, der über die Quelle und genau einen Zweig führt. Welche Regel gilt für einen solchen Umlauf?
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Musterlösung: Jeder Zweig bildet zusammen mit der Quelle eine eigene Masche. In dieser Masche liegt außer der Quelle nur dieses eine Bauteil, und nach der Maschenregel ist die Summe der Quellenspannungen gleich der Summe der Teilspannungen — also ist die Spannung am Zweig genau die Quellenspannung. Dieselbe Überlegung gilt für jeden weiteren Zweig, denn er bildet seine eigene Masche. Ein zusätzliches Gerät erhöht deshalb nur die Gesamtstromstärke in der Zuleitung, nicht aber die Spannung an den übrigen Geräten.
Begründe ohne zu rechnen, warum der Ersatzwiderstand einer Parallelschaltung immer kleiner ist als der kleinste der beteiligten Einzelwiderstände.
Hinweis: Überlege, was ein zusätzlicher Zweig für die Ladungsträger bedeutet — und was daraus bei gleicher Spannung für die Gesamtstromstärke folgt.
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Musterlösung: Ein zweiter Zweig ist für die Ladungsträger ein zusätzlicher Weg, ohne dass ihnen einer weggenommen würde — wie eine zweite Fahrspur neben der ersten. Bei unveränderter Spannung fließt deshalb insgesamt mehr Strom als durch den kleineren Widerstand allein. Wegen R = U / I muss der Ersatzwiderstand bei größerer Stromstärke und gleicher Spannung kleiner werden. Da schon der kleinste Einzelwiderstand allein diese Stromstärke nicht erreicht, liegt der Ersatzwiderstand zwangsläufig unter ihm — das ist eine gute Selbstkontrolle für jede Parallelrechnung.