Einfacher Stromkreis

Eine Lampe leuchtet nur, wenn sie richtig angeschlossen ist. Aber was heißt „richtig“? In diesem Experiment baust du den einfachsten Stromkreis auf, der möglich ist: eine elektrische Quelle, eine Lampe, Leitungen und ein Schalter. An diesem Aufbau klärst du die Grundregel der gesamten Elektrizitätslehre: Strom fließt nur in einem geschlossenen Kreis.

Jede Schaltung, die dir später begegnet (Reihen- und Parallelschaltung, Messschaltungen, Elektronik), ist eine Erweiterung dieses Grundkreises. Wer hier versteht, warum der Kreis geschlossen sein muss und wie man den Aufbau als Schaltplan notiert, kann jede spätere Schaltung lesen und Fehler suchen: Die häufigste Fehlerursache in echten Schaltungen ist eine einzige unterbrochene Stelle.

Der geschlossene Stromkreis ist seit Alessandro Voltas erster Batterie (1800) das Grundmuster jeder elektrischen Anwendung: Auch die kompliziertesten Schaltungen moderner Geräte sind aus geschlossenen Kreisen zusammengesetzt.

Baue einen Stromkreis aus Quelle, Lampe und Schalter auf. Untersuche, unter welchen Bedingungen die Lampe leuchtet, und prüfe insbesondere: Genügt eine einzige Leitung? Spielt es eine Rolle, an welcher Stelle der Kreis unterbrochen wird?

Bevor du aufbaust, lohnt eine Vermutung. Viele stellen sich vor, der Strom werde von der Quelle zur Lampe „geliefert“ wie Wasser aus einem Hahn: Dann müsste eine Leitung genügen. Die Gegenvermutung: Der Strom fließt im Kreis, dann braucht es einen Hinweg und einen Rückweg, und eine Unterbrechung irgendwo im Kreis stoppt alles. Genau das entscheidet der Versuch.

Der Grundbestand genügt (Quelle, Lampe, zwei Leitungen, Schalter). Achte darauf, dass die Lampenspannung zur Quelle passt: Eine 3,5-V-Lampe an 4,5 V leuchtet hell, an 12 V brennt sie durch.

Zeichne den Aufbau als Schaltplan mit den genormten Schaltzeichen (Quelle: langer und kurzer Strich, Lampe: Kreis mit Kreuz, Schalter, gerade Leitungen mit rechtwinkligen Ecken). Der Schaltplan zeigt die elektrische Struktur des Kreises und ist die Sprache, in der alle folgenden Experimente notiert werden.

Der Aufbau besteht aus vier Teilen mit klar getrennten Aufgaben: Die Quelle (Flachbatterie oder Netzgerät auf kleiner Spannung) treibt den Strom an. Die Leitungen führen ihn. Die Lampe ist das Gerät, das die elektrische Energie nutzt, und zeigt zugleich sichtbar an, ob Strom fließt. Der Schalter unterbricht den Kreis an einer definierten Stelle.

Schritt 1: Verbinde Quelle, Schalter und Lampe zu einem Kreis. Schließe den Schalter und beobachte die Lampe.

Schritt 2: Öffne den Schalter. Beobachte, was passiert.

Schritt 3: Entferne bei geschlossenem Schalter eine der beiden Leitungen. Beobachte die Lampe.

Schritt 4: Unterbrich den Kreis nacheinander an verschiedenen Stellen (vor der Lampe, hinter der Lampe, direkt an der Quelle). Vergleiche die Wirkung.

Die Lampe leuchtet genau dann, wenn der Kreis vollständig geschlossen ist. Beim Öffnen des Schalters erlischt sie sofort. Wird eine Leitung entfernt oder der Kreis an irgendeiner anderen Stelle unterbrochen, erlischt sie ebenfalls, und zwar unabhängig davon, wo die Unterbrechung liegt.

Die Beobachtungen passen nur zum Kreismodell: Der Strom fließt von einem Pol der Quelle durch Leitungen und Lampe zum anderen Pol zurück. Deshalb wirkt jede Unterbrechung sofort und überall gleich: Sie zerstört den geschlossenen Weg, den der Strom braucht. Das Liefermodell („eine Leitung genügt“) ist damit widerlegt.

Auch die Sofortwirkung ist bemerkenswert: Die Lampe erlischt ohne wahrnehmbare Verzögerung, egal wie weit die Unterbrechung von ihr entfernt ist. Der Stromfluss ist also eine Eigenschaft des ganzen Kreises, nicht ein Transport, der erst bei der Lampe „ankommen“ muss.

Strom fließt nur in einem vollständig geschlossenen Kreis aus Quelle, Leitungen und Gerät. Eine Unterbrechung an beliebiger Stelle stoppt den Strom im gesamten Kreis. Der Schalter nutzt genau das: Er ist eine kontrollierte Unterbrechung.

Bei einem qualitativen Versuch gibt es keine Messunsicherheit im engeren Sinn, aber typische Aufbaufehler, die die Beobachtung verfälschen: