Stromkreise mit Glühlämpchen
Aufgabenstellung
Gegeben sind zwei Glühlämpchen, die die Bezeichnung „6 V / 5 W“ (Lampe 1) beziehungsweise „6 V / 2 W“ (Lampe 2) tragen. Diese beiden Lämpchen werden einmal in Parallelschaltung und einmal in Reihenschaltung an eine Spannungsquelle mit der Versorgungsspannung U0 angeschlossen. Soweit in den nachfolgenden Aussagen nichts anderes angegeben ist, beträgt die Versorgungsspannung U0=6 V. Die Glühlämpchen können für den Zweck dieser Aufgabe näherungsweise als ohmsche Bauelemente betrachtet werden.
Beurteilen Sie für die folgenden Aussagen, auf welche Schaltungsvariante sie zutreffen.
| Aussage | Trifft auf keine Schaltungsvariante zu. | Trifft nur auf Parallelschaltung zu. | Trifft nur auf Reihenschaltung zu. | Trifft auf Parallel- und Reihenschaltung zu. |
|---|---|---|---|---|
| Die Position der beiden Lämpchen kann getauscht werden, ohne dass dadurch deren Helligkeit verändert wird. | ||||
| Die Spannungsquelle gibt eine Gesamtleistung von P_\mathrm{ges} = 7~\mathrm W an den Stromkreis ab. | ||||
| Lampe 2 leuchtet heller als Lampe 1. | ||||
| Der von der Spannungsquelle abgegebene Strom teilt sich auf in zwei Teilströme, die durch Lampe 1 beziehungsweise Lampe 2 fließen. | ||||
| Wenn die Versorgungsspannung auf U_0 = 12~\mathrm V erhöht wird, leuchten beide Lämpchen mit ihrer normalen Helligkeit. | ||||
| Durch beide Lämpchen fließt derselbe Strom. | ||||
| Beide Lämpchen leuchten mit ihrer normalen Helligkeit. | ||||
| Lampe 2 wird mit einer höheren Spannung versorgt als Lampe 1. |
Lösung
- Die Position der beiden Lämpchen kann getauscht werden, ohne dass dadurch deren Helligkeit verändert wird.
- Trifft auf Parallel- und Reihenschaltung zu: Die Strom- und Spannungsverhältnisse sind unabhängig von der Reihenfolge der Glühlämpchen.
- Die Spannungsquelle gibt eine Gesamtleistung von P_\mathrm{ges} = 7~\mathrm W an den Stromkreis ab.
- Trifft nur auf Parallelschaltung zu: Da sich (bei gleicher Versorgungsspannung) die Teilströme über die beiden Lämpchen zum Gesamtstrom addieren, gilt gleiches auch für die Leistungen. In Reihenschaltung ist die Gesamtleistung kleiner als die kleinste Teilleistung.
- Lampe 2 leuchtet heller als Lampe 1.
- Trifft nur auf Reihenschaltung zu: In Reihenschaltung teilt sich die Spannung auf die beiden Lämpchen gemäß deren Widerständen auf. Lampe 2 wird mit größerer Spannung versorgt und leuchtet deshalb trotz der nominell kleineren Leistung heller. In Parallelschaltung leuchten beide Lämpchen mit ihrer nominellen Leistung.
- Der von der Spannungsquelle abgegebene Strom teilt sich auf in zwei Teilströme, die durch Lampe 1 beziehungsweise Lampe 2 fließen.
- Trifft nur auf Parallelschaltung zu: Die Parallelschaltung weist zwei Knoten auf, an denen der Strom geteilt beziehungsweise zusammengeführt wird. In Reihenschaltung liegt kein Knoten vor. Dort ist die Stromstärke an jedem Punkt gleich.
- Wenn die Versorgungsspannung auf U_0 = 12~\mathrm V erhöht wird, leuchten beide Lämpchen mit ihrer normalen Helligkeit.
- Trifft auf keine Schaltungsvariante zu: In Parallelschaltung liegt an beiden Lämpchen die Versorgungsspannung an. In Reihenschaltung fällt an Lämpchen 2 eine größere Spannung als an Lämpchen 1 ab.
- Durch beide Lämpchen fließt derselbe Strom.
- Trifft nur auf Reihenschaltung zu: In Reihenschaltung befindet sich zwischen den Lämpchen kein Knoten, an dem sich der Strom aufteilen könnte.
- Beide Lämpchen leuchten mit ihrer normalen Helligkeit.
- Trifft nur auf Parallelschaltung zu: In Parallelschaltung liegt an beiden Lämpchen die Versorgungsspannung an, die identisch mit der Betriebsspannung der Lämpchen ist. In Reihenschaltung teilt sich die Versorgungsspannung auf die beiden Lämpchen auf.
- Lampe 2 wird mit einer höheren Spannung versorgt als Lampe 1.
- Trifft nur auf Reihenschaltung zu: In Reihenschaltung teilt sich die Versorgungsspannung gemäß der Widerstände auf die Verbraucher auf. Da Lampe 2 einen größeren Widerstand hat als Lampe 2 (kleinere Leistung bei gleicher Spannung), ist dort der Spannungsabfall in Reihenschaltung größer.