Bei einer Reihenschaltung werden die Komponenten wie Eisenbahnwaggons hintereinander angeordnet. Die Batterie treibt Strom durch die Reihenschaltung, die eine geschlossene Schleife ist, daher muss der Strom durch jeden Widerstand gleich sein.
Stellen Sie sich die Batterie als Pumpstation vor, Strom als Wasser und die Widerstände als Häuser. Dieser Kreislauf ist wie eine Nachbarschaft, in der das Wasser nacheinander durch alle Häuser gepumpt wird, bis es schließlich zur Pumpstation zurückkehrt. In diesem Fall muss durch jedes Haus die gleiche Wassermenge fließen.
Das Ohmsche Gesetz bezieht sich auf Spannung, Strom und Widerstand und kann wie folgt ausgedrückt werden:
V=IR
Wo:
V = Spannung an einem Widerstand
I = Strom durch den Widerstand
R = Widerstand
Wenn der Strom durch alle in Reihe geschalteten Widerstände gleich ist, zeigt das Ohmsche Gesetz an, dass die Spannung an einer einzelnen Komponente abhängig von ihrem Widerstand variieren kann.
Was ist eine Parallelverbindung?
In einer Parallelschaltung hingegen werden Widerstände oder Geräte wie die Sprossen einer Leiter geschaltet. Eine Parallelschaltung ist wie eine Nachbarschaft, in der jedes Haus an einem eigenen Zweig der Wasserleitung liegt und eine andere Wassermenge ziehen kann, ohne die anderen zu beeinträchtigen.
Das Ohmsche Gesetz, das zur Berechnung des Stroms ausgedrückt wird, lautet:I = V/R. Wenn Parallelwiderstände an eine Spannungsversorgung angeschlossen sind, liegt an jeder Komponente die gleiche Spannung an, kann jedoch, abhängig vom individuellen Widerstand, unterschiedlichen Strom aufnehmen.
Berechnen von Reihen- und Parallel-Äquivalentwiderständen
Eine Reihe von Widerständen R1, R2, R3,... entspricht einem einzelnen Widerstand, Rs, gleich der Summe aller Widerstände:
R_s = R_1 + R_2 + R_3 +.. .
Das Einfügen eines Widerstands in eine Reihenschaltung erhöht daher immer den Ersatzwiderstand.
Widerstände R1, R2, R3,... parallel fungieren auch als Einzelwiderstand, aber die Berechnung des Ersatzwiderstandes Rp ist komplizierter, gegeben durch:
\frac{1}{R_s}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}+...
Hinzufügen eines Widerstands parallel zu einem Stromkreis immernimmt abder äquivalente Widerstand. Diese Beziehung hat interessante Implikationen bei der Bestimmung der Nachteile oder Vorteile einer Parallelschaltung.
Vorteile einer Parallelschaltung
Die Nachteile oder Vorteile einer parallelen Kombination von Elementen hängen von der Situation ab. Häuser beispielsweise sind so verkabelt, dass elektrische Geräte parallel genutzt werden können. Wenn ein Kühlschrank an eine Küchensteckdose angeschlossen wird, verbraucht er Strom, ohne die Spannung zu beeinträchtigen oder Strom im Rest der Wohnung – und hat daher keinen Einfluss auf den Betrieb anderer Geräte. Dies ist einer der Vorteile einer Parallelschaltung.
Auch die Glühbirnen einer modernen Weihnachtslichterkette sind parallel geschaltet. Wenn eine Glühbirne durchbrennt, wird dies zu einem offenen Stromkreis, der die anderen Glühbirnen nicht beeinflusst. Der Rest der Saite bleibt beleuchtet. Da die einzelne dunkle Glühbirne sofort erkennbar ist, kann sie leicht gefunden und ausgetauscht werden – wiederum ein Vorteil einer Parallelschaltung.
Weihnachtsbeleuchtung im alten Stil wurde in Reihe geschaltet, und eine durchgebrannte Glühbirne stoppte den Strom durch die gesamte Kette und schaltete alle Lichter aus. Stellen Sie sich vor, wie schwer es wäre, die eine defekte Glühbirne zu finden!
Der Nachteil einer Parallelschaltung zeigt sich bei einem Kurzschluss, etwa wenn jemand einen Draht zwischen den beiden Kontakten einer Steckdose einklemmt. Ein Kurzschluss hat einen sehr geringen Widerstand, was wiederum dazu führt, dass der Strom im Stromkreis enorm ansteigt, und knall! Funken fliegen und die Verkabelung erwärmt sich, was möglicherweise einen Brand verursacht.
Glücklicherweise brennt die Sicherung durch und wird ein offener Stromkreis. Da sie mit der Verkabelung in Reihe geschaltet ist, erledigt die Sicherung ihre Arbeit und stoppt den Stromfluss, bevor etwas beschädigt werden kann.