Der reale elektrische Stromkreis – eine Reihenschaltung

In der Realität sind Stromkreise komplexer, weil sie aus realen Bauteilen zusammengesetzt sind. In einem realen Stromkreis sind alle Bestandteile mit Widerständen behaftet. Jedes Kabel hat einen Widerstand, besonders, wenn es sehr lang ist. Man nennt das den Leitungswiderstand. Jede Stromquelle hat einen inneren Widerstand, der aus den mechanischen oder chemischen Komponenten resultiert. Da sind kurze Leitungsbahnen verbaut und durch mechanische Teile miteinander verbunden. Und jede Verbindungsstelle hat einen Widerstand – den Übergangswiderstand. Verschmutzung oder fehlerhafte Montage sind mögliche Ursachen für Übergangswiderstände. Auch ein Schalter hat einen oder mehrere Übergangswiderstände. Jede Schraubverbindung und jede Steckverbindung hat einen Übergangswiderstand.

realer Stromkreis als Reihenschaltung

In dieser Darstellung sind verschiedene reale Widerstände enthalten:
R(i) = der innere Widerstand der Batterie
R(s) = der innere Widerstand des Schalters
R(l) = der gesamte Leitungswiderstand

Für die Stromstärke ist bedeutend, dass alle diese Widerstände hintereinander liegen. Der Strom muss sie in der Reihenfolge durchfließen. Daher wurde hierfür die Bezeichnung der Reihenschaltung gewählt. Die Reihenschaltung ist eine grundlegende Schaltungsart für die Praxis. Die Berechnung von Reihenschaltungen wird daher auch in der Ausbildung zum Elektriker hohe Bedeutung haben.

Die einzelnen Widerstände sind häufig sehr klein gegenüber dem eigentlichen Verbraucher-Widerstand. In der Summe gewinnen sie aber an Bedeutung, besonders wenn die Stromstärke sehr hoch wird.
In einer Reihenschaltung ist die Summe aller Einzelwiderstände der Gesamtwiderstand:
R = R(i) + R(s) + R(l) + R(Verbraucher)

Wenn Strom fließt, dann bewirkt jeder einzelne Widerstand einen Spannungsabfall, so nennt man die Spannung, die dort praktisch als Verlust „hängen bleibt“. Für den Verbraucher bleibt also weniger übrig.
In der Reihenschaltung ist die Summe aller Einzelspannungen die Gesamtspannung:
U = U(i) + U(s) + U(l) + U(Verbraucher)

Die Leistung an den einzelnen Widerständen lässt sich berechnen mit: P = U * I
Für den Verbraucher ist das die Verbraucherleistung, die natürlich möglichst hoch sein soll. Für die Verlustwiderstände ist es eine Verlustleistung, die möglichst gering sein soll.

Warum ist die Reihenschaltung in der Praxis von Bedeutung?

Störungen kommen häufig bei alten Elektroinstallationen vor. Jede Verbindungstelle kann mit der Zeit verschmutzen. Die Schraubspannung einer Verbindungstelle kann nachlassen. Ein Schaltkontakt oder Steckerkontakt kann verschmutzen. Bei jedem dieser Fälle erhöht sich der Übergangswiderstand und damit der Spannungsabfall an der Stelle. Damit wird die Verlustleistung größer und somit auch die Wärmeentwicklung höher. Wenn so eine Stelle im Stromkreis warm wird, beschleunigt das noch den Alterungsprozess. Der Übergangswiderstand steigt immer schneller, bis eine Komponente ausfällt. Durch die Hitze kann auch ein Brand entstehen. Jedenfalls bringt der Verbraucher nicht mehr die Leistung wie im Neuzustand.

Die fachgerechte Beseitigung von Störungen ist eine wichtige Aufgabe für Elektriker in der Praxis. Erfahrene Elektriker kennen die üblichen Fehlerquellen, es sind häufig erhöhte Verlustwiderstände in Reihenschaltungen.

 

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