Strom im Haushalt — Schaltplan, Sicherung, Kurzschluss
Household Circuits — Diagrams, Fuses, Short Circuits
PhysikKlasse 816 Aufgaben
ElektrizitätStromkreisHaushaltKerncurriculum
In der Hausinstallation liegen alle Steckdosen parallel, damit an jedem Gerät die volle Netzspannung von 230 V (50 Hz Wechselstrom) anliegt und jedes Gerät unabhängig schaltbar ist; Akkus und Batterien liefern dagegen Gleichstrom. Schaltpläne werden mit genormten Schaltzeichen gelesen. Die Sicherung sitzt in Reihe und trennt den Stromkreis, wenn der Strom zu groß wird — sie liefert keinen Strom und begrenzt ihn nicht, sie unterbricht. Ein Kurzschluss ist eine fast widerstandslose Verbindung der Pole (R → 0), durch die nach I = U/R ein sehr großer Strom fließt — nicht ein kleinerer, „weil kein Gerät etwas verbraucht". Kunststoffisolierung und Schutzleiter machen die Anlage sicher.
Im Schaltplan steht ein Kreis mit einem Kreuz (⊗) darin. Welches Bauteil ist gemeint?
â—Ź Eine Lampe
â—‹ Eine Batterie
â—‹ Ein Schalter
Das genormte Schaltzeichen fĂĽr eine Lampe ist ein Kreis mit Kreuz. Die Batterie ist ein langer und ein kurzer Strich, der Schalter eine unterbrochene Linie mit beweglichem Hebel.
Eine Sicherung sorgt dafür, dass die Geräte im Haushalt überhaupt Strom bekommen.
âś“ Falsch
Die Sicherung liefert keinen Strom — sie schützt. Sie unterbricht den Kreis, wenn der Strom zu groß wird (etwa bei einem Kurzschluss). Den Strom liefert das Stromnetz.
Womit kannst du ein blankes, stromfĂĽhrendes Kabel gefahrlos anfassen?
â—Ź Mit einem trockenen Kunststoffgriff
â—‹ Mit einer Metallzange
â—‹ Mit einer feuchten Hand
Trockener Kunststoff hat einen sehr großen Widerstand und ist ein Isolator — er lässt praktisch keinen Strom durch. Metall ist dagegen ein Leiter, und feuchte Haut leitet den Strom ebenfalls gut; beides wäre gefährlich.
Welches Bauteil im Haushalt leitet den elektrischen Strom?
â—Ź Der Kupferdraht in der Leitung
â—‹ Die Gummidichtung am Stecker
â—‹ Der Porzellansockel einer alten Lampe
Metalle wie Kupfer haben frei bewegliche Ladungsträger und sind Leiter. Gummi und Porzellan sind Isolatoren — sie werden gerade deshalb als Umhüllung und Sockel verwendet.
Wie groĂź ist die Netzspannung aus einer Haushaltssteckdose in Deutschland (in Volt)?
âś“ Antwort: 230
Die Netzspannung beträgt in Deutschland und Europa 230 V. An jeder Steckdose liegt dieselbe Spannung an, weil die Steckdosen parallel geschaltet sind.
Wie viele Hertz hat der Wechselstrom aus der Steckdose in Deutschland (Frequenz in Hz)?
âś“ Antwort: 50
Der Netz-Wechselstrom hat eine Frequenz von 50 Hz — die Stromrichtung wechselt 50-mal pro Sekunde. Gleichstrom aus einer Batterie hat keine solche Frequenz.
Akkus und Batterien liefern Gleichstrom (DC) — der Strom fließt immer in dieselbe Richtung. Nur das Stromnetz an der Steckdose liefert Wechselstrom.
Durch eine Leitung, die für höchstens 16 A ausgelegt ist, würden plötzlich 30 A fließen. Was macht die Sicherung?
● Sie löst aus und unterbricht den Stromkreis
○ Sie lässt die 30 A durch, begrenzt sie aber auf 16 A
○ Sie erhöht die Spannung, damit die Leitung mehr aushält
Eine Sicherung trennt den Kreis, sobald der Strom einen Grenzwert übersteigt — sie regelt oder begrenzt den Strom nicht, sondern unterbricht ihn ganz, bevor die Leitung überhitzt.
Wo muss eine Sicherung eingebaut werden, damit der gesamte durchfließende Strom sie durchläuft?
â—Ź In Reihe in den Stromkreis
○ Parallel zu einem einzelnen Gerät
â—‹ Als Kurzschluss direkt zwischen die Pole
Nur in Reihe fließt der gesamte Strom durch die Sicherung — so kann sie einen zu großen Gesamtstrom erkennen und abschalten. Parallel würde nur ein Teilstrom durch sie fließen.
In einer Lampe berĂĽhren sich durch einen Defekt die beiden blanken Zuleitungen direkt. Dadurch entsteht ein Kurzschluss mit sehr groĂźem Strom.
âś“ Wahr
Berühren sich die Leitungen ohne Bauteil dazwischen, ist der Widerstand fast null. Nach I = U/R fließt dann ein sehr großer Strom — der Kurzschluss, gegen den die Sicherung schützt.
Bei einem Kurzschluss verbinden sich die beiden Pole fast ohne Widerstand. Wie groß ist der Strom im Vergleich zum Normalbetrieb mit einem Gerät?
● Viel größer, weil der Widerstand fast null ist
○ Viel kleiner, weil kein Gerät den Strom verbraucht
â—‹ Genauso groĂź wie vorher
Weniger Widerstand bedeutet nach I = U/R mehr Strom, nicht weniger. Der Gedanke „ohne verbrauchendes Gerät fließt weniger" ist die Verbrauchsvorstellung — gerade beim Kurzschluss fließt der größte Strom.
In einer Wohnung brennt das KĂĽchenlicht weiter, obwohl im Wohnzimmer das Licht ausgeschaltet wird. Wie sind die Lampen geschaltet?
● Parallel — jede liegt unabhängig an der Netzspannung
○ In Reihe — der Strom läuft von einer Lampe zur nächsten
â—‹ Als Kurzschluss zwischen den Polen
Nur in einer Parallelschaltung liegt an jeder Lampe die volle Netzspannung an und jede lässt sich einzeln schalten. In Reihe würden beim Ausschalten einer Lampe alle ausgehen.
In einem Zimmer fallen gleichzeitig alle Steckdosen aus, nachdem ein Gerät einen Kurzschluss hatte. Was ist am wahrscheinlichsten passiert?
● Die Sicherung für diesen Stromkreis hat ausgelöst
○ Nur das eine Gerät ist kaputt, die Steckdosen müssten funktionieren
â—‹ Die Netzspannung ist im ganzen Haus auf 0 V gesunken
Der Kurzschluss ließ einen sehr großen Strom fließen, worauf die Sicherung dieses Stromkreises den ganzen Kreis unterbrochen hat — deshalb sind alle Steckdosen daran stromlos, nicht nur das defekte Gerät.
Bei einem Defekt berührt ein blanker Draht das Metallgehäuse einer Waschmaschine. Das Gehäuse ist mit dem Schutzleiter (Erdung) verbunden. Was passiert?
● Ein großer Strom fließt über den Schutzleiter ab und löst die Sicherung aus
○ Das Gehäuse lädt sich auf und man bekommt beim Anfassen einen Schlag
○ Nichts, der Schutzleiter speichert den Strom im Gehäuse
Der Schutzleiter bietet dem Strom einen Weg mit kleinem Widerstand zur Erde. Dadurch fließt sofort ein großer Strom, die Sicherung löst aus und trennt das Gerät — das Gehäuse wird nicht gefährlich.