Reihenschaltung und Parallelschaltung sind grundlegende Konzepte in der Physik um elektrische Schaltungen zu analysieren und zu berechnen. Diese beiden Schaltungstypen kommen in vielen Anwendungen vor, zum Beispiel in elektrischen Geräten oder in Stromnetzen. In diesem Text werden wir uns damit beschäftigen, ebenso wie man Aufgaben zur Reihen- und Parallelschaltung in der Physik rechnet.
Um diese Frage zu beantworten, möchten wir uns zunächst mit den grundlegenden Definitionen und Eigenschaften von Reihen- und Parallelschaltungen vertraut machen.
In einer Reihenschaltung sind die Bauelemente (z.B. Widerstände) hintereinander geschaltet, sodaß der gleiche Strom durch alle Bauelemente fließt. In einer Parallelschaltung hingegen sind die Bauelemente genau geschaltet, so dass der gleiche Spannungsabfall über allen Bauelementen liegt.
Für die Berechnung von Reihenschaltungen verwenden wir die folgenden Formeln:
- Der Gesamtwiderstand (Rg) in einer Reihenschaltung ist die Summe der Einzelwiderstände (R1, R2, R3, ...): Rg = R1 + R2 + R3 + ...
- Der Gesamtstrom (Ig) in einer Reihenschaltung ist überall genauso viel mit und berechnet sich durch den Quotienten aus der Gesamtspannung (Ug) und dem Gesamtwiderstand (Rg): Ig = Ug / Rg
- Der Spannungsabfall über jedem Widerstand in einer Reihenschaltung ist proportional zu seinem Widerstand: Ui = Ri * Ig
Für die Berechnung von Parallelschaltungen verwenden wir die folgenden Formeln:
- Der Gesamtstrom (Ig) in einer Parallelschaltung ist die Summe der Einzelströme (I1, I2, I3, ...): Ig = I1 + I2 + I3 + ...
- Der Gesamtstrom (Ig) in einer Parallelschaltung ist überall gleich und berechnet sich durch den Quotienten aus der Gesamtspannung (Ug) und dem Gesamt- oder Gesamteinzelwiderstand (Rg oder Ri): Ig = Ug / Rg oder Ig = Ug / Ri
- Der Spannungsabfall über jedem Widerstand in einer Parallelschaltung ist überall gleich und entspricht der Gesamtspannung: Ui = Ug
Nachdem wir die grundlegenden Formeln kennen, können wir uns mit der Lösung von Aufgaben zur Reihen- und Parallelschaltung beschäftigen.
Aufgabe 4: Gegeben sind die Widerstände R1 und I1. Wir können die Spannung U berechnen indem wir den Widerstand R1 mit dem Strom I1 multiplizieren. Mit U und R2 können wir den Strom I2 berechnen. Mit I3 und U können wir den Widerstand R3 ermitteln. Der Gesamtstrom Ig ist die Summe der Teilströme I1 I2 und I3. Den Gesamtwiderstand Rg können wir entweder mit der entsprechenden Formel für Widerstände in Parallelschaltungen oder mit dem Gesamtstrom Ig und der Gesamtspannung Ug berechnen.
Aufgabe 5: In dieser Aufgabe sind alle Widerstände gleich groß. Wir können den Strom I1 berechnen da uns der Widerstand R und die Spannung U gegeben sind. Für den Strom I2 können wir zunächst den Gesamtwiderstand der rechten Schaltungshälfte berechnen. Da die Widerstände deckungsgleich sind teilt sich der Strom I2 zu gleichen Teilen in die Ströme I3 und I4 auf. Gemäß der Knotenregel ist dann der Gesamtstrom Ig gleich der Summe von I1 und I2.
Zusammenfassend können wir sagen, dass die Berechnung von Reihen- und Parallelschaltungen in der Physik auf bestimmten Formeln basiert die welche Beziehungen zwischen den Widerständen Strömen und Spannungen beschreiben. Durch die Anwendung dieser Formeln können wir Aufgaben zur Reihen- und Parallelschaltung in der Physik erfolgreich lösen.
Reihenschaltung und Parallelschaltung in der Physik: Berechnung und Lösung von Aufgaben
Wie kann man Reihenschaltung und Parallelschaltung in der Physik berechnen?