Stromkreis und Schaltungen
Ein Stromkreis ist eine Verbindung von Komponenten, die elektrischen Strom leiten können. Einfache elektrische Schaltkreise haben Leiter (in der Regel Drähte), eine Komponente, die Strom liefert (wie eine Batterie oder eine Wandsteckdose) und eine Komponente, die Strom absorbiert, die als Last bezeichnet wird. Ein Leuchtmittel wäre ein Beispiel für eine Las. Es muss immer einen Rückweg geben, damit die Elektronen einen Weg haben, um von der Last zur Stromquelle zurückzukehren.
Jeder Stromkreis ist so ausgelegt, dass er Strom an einen oder mehrere Verbraucher liefert. In einem Ghettoblaster zum Beispiel geht der Strom zu den Lautsprechern. In ähnlicher Weise geht der Strom in einer Lampe an die Glühbirne. Der Schaltkreis ermöglicht es, dass die Ladung von einer Seite der Stromversorgung ausgeht und auf der anderen Seite der Stromversorgung wieder zurückkommt.
Die Schaltungen können in Serie, parallel oder eine Kombination aus beiden sein, die als Serien-Parallelschaltung bezeichnet wird.
Serienschaltung und Parrallschaltung
Viele elektrische Komponenten in einem Stromkreis haben zwei Leitungen (Enden). Daher können sie auf eine von zwei Arten verbunden werden: in Reihe (eine elektrische Leitung berührt die andere) oder parallel (beide Leitungen berühren sich).
Eine Serienschaltung bietet genau einen Weg zwischen zwei beliebigen Punkten für den elektrischen Strom. Diese Schaltungen haben den Vorteil, dass jede Komponente sehr abhängig von den anderen Komponenten ist. Das heißt, wenn ein Bauteil entfernt wird, schalten alle Bauteile ab. Während dies im Allgemeinen eine schlechte Idee ist (es wäre unangenehm, eine Lampe auszuschalten, nur weil der Fernseher ausgeschaltet wird), gibt es eine Reihe von Anwendungen, bei denen dies besser funktioniert. Die Weihnachtsbeleuchtung im alten Stil war so, weshalb, wenn eine Glühbirne durchbrannte, alle ausgeschaltet wurden. Neue Lichterketten sind etwas komplexer, was bedeutet, dass nur die eine defekte Lampe ausgeht und nicht die ganze Kette.
Elektrische Schalter sind in Reihe mit verschiedenen elektrischen Geräten rund um das Haus angeordnet. Im Falle einer Steckdosenleiste kann ein Schalter mit mehreren elektrischen Geräten parallel in Reihe geschaltet sein. Ein Lichtschalter in Serie mit einem elektrischen Licht schaltet das Licht beim Öffnen aus. Dies geschieht so schnell, dass der Mensch nicht einmal die Zeitspanne zwischen dem Betätigen eines Schalters und dem Ausschalten des Lichts erkennen kann.
Sicherheitsvorrichtungen wie Schutzschalter und Sicherungen sind in Reihenschaltung mit den Steckdosen in einem Haus. Der gesamte Strom, der durch ein elektrisches Gerät fließt, muss zuerst durch den Schutzschalter (oder die Sicherung) fließen. Wenn zu viel Strom fließt, was zu einem Brand führen kann, wird zuerst der Schutzschalter unterbrochen oder die Sicherung brennt durch.
Da jeder Stromkreis parallel geschaltet ist, hat selbst wenn ein Stromkreis überlastet wird (Auslösen des Schutzschalters oder Durchbrennen der Sicherung), keine Auswirkungen auf die anderen Stromkreise. Ebenso sind verschiedene Häuser in einer Nachbarschaft parallel geschaltet. Ein Nachbar, der das Abendessen kocht, hat keinen Einfluss auf jemanden, der in einem anderen Haus an einem anderen Stromkreis bügelt.
Verschiedene Teile des Stromnetzes sind in der Regel in Reihe geschaltet. Der Transformator ist mit dem Verteilungsnetz und dem Übertragungssystem in Reihe geschaltet. Das bedeutet, dass die Menschen bei Ausfall eines Teils des Stromnetzes einen Stromausfall erleben. Dies hat dazu geführt, dass die meisten Stromversorgungsunternehmen (die Menschen, die den Strom zum Verbraucher liefern) parallele Backup-Pfade für den Strom zum Verbraucher bereitstellen.
Der offene Stromkreis
Ein offener Stromkreis hat eine physikalische Unterbrechung im Leitungspfad, bei der der Strom auf 0 fällt und der Widerstand unendlich wird (viel zu hoch für ein Ohmmeter, um zu messen). Die Spannung kann jedoch gemessen werden, wenn das Voltmeter über die offene Klemme angeschlossen wird. Beachte, dass der offene Stromkreis kein echter Stromkreis ist, da die Ladung von einer Seite der Stromversorgung nicht verlassen und auf die andere Seite der Stromversorgung zurückkommen kann.
Es spielt keine Rolle, wo die Unterbrechung im Stromkreis ist, jede Unterbrechung des Weges wird den elektrischen Strom daran hindern, sich auf seinem Weg zu bewegen.
Der elektrische Kurzschluss
Ein elektrischer Kurzschluss ist eine unbeabsichtigte niederohmige Verbindung zwischen zwei oder mehreren Punkten in einem Stromkreis. Da der Strom mit sinkendem Widerstand zunimmt (gegeben durch das Ohm’sche Gesetz), führt dies dazu, dass eine große Menge an Strom durch den „Kurzschluss“ fließt. Dieser höhere Strom, wenn er größer ist, als der Drahtquerschnitt sicher handhaben kann, hat das Potential, den Strompfad aufgrund hoher Temperaturen zu verbrennen und könnte einen Brand verursachen. Dies führt zu einem Kurzschluss. Sicherheitsvorrichtungen wie Sicherungen und Schutzschalter werden im Falle eines Kurzschlusses verwendet, um die damit verbundenen Gefahren von Stromschlägen und Schäden zu vermeiden.
