Toolyard

Simulator für Reihen- und Parallelschaltungen

Gleichungen in dieser Simulation

V = I R
VSpannung an einem Bauteilder Abfall des elektrischen Potenzials von einem Ende zum anderen, in Volt
IStrom hindurchin Ampere: die Ladung, die pro Sekunde durchfließt
RR₁ (Ohm)das ohmsche Gesetz gilt für jeden Widerstand; dass der Widerstand eines echten Glühfadens beim Erwärmen steigt, bleibt außen vor

Mit den aktuellen Werten:

Reihe: R = R₁ + R₂ + …, parallel: 1 ÷ R = 1 ÷ R₁ + 1 ÷ R₂ + …
R_eqErsatzwiderstand von allem außerhalb der Batteriein Reihe fließt durch jedes Bauteil derselbe Strom, parallel liegt an jedem dieselbe Spannung

Mit den aktuellen Werten:

Σ I_ein = Σ I_aus an jedem Knoten, Σ V = 0 in jeder Masche
KCL, KVLkirchhoffsche Knoten- und Maschenregelan einem Knoten entsteht oder verschwindet keine Ladung, und die Energie pro Ladung gleicht sich in jeder geschlossenen Masche aus; die Simulation löst sie für alle Knoten zugleich

Mit den aktuellen Werten:

V_Klemme = E − I r
EBatteriespannung E (Volt)die elektromotorische Kraft, also was die Batterie ohne Last anzeigen würde
rInnenwiderstand der Batterie r (Ohm)lässt in der Batterie etwas Spannung abfallen, umso mehr, je mehr Strom fließt

Mit den aktuellen Werten:

P = V I = I² R = V² ÷ R
Pin Wärme und Licht umgesetzte Leistungdie Lampen leuchten damit; das Diagramm zeigt, wie viel R₁ aufnimmt, wenn sich sein Widerstand ändert, am meisten, wenn er dem übrigen Stromkreis entspricht

Mit den aktuellen Werten:

V_aus = E × R₂ ÷ (R₁ + R₂), Brücke abgeglichen, wenn R₁ ÷ R₂ = R₃ ÷ R₄
V_ausAusgang des Teilers oder Messspannung in der Brückebeim Teiler ohne Last; eine Last parallel zu R₂ zieht V_aus herunter, und eine abgeglichene Brücke zeigt null

Mit den aktuellen Werten:

So benutzt du den Stromkreis-Simulator

  1. Wähle einen Stromkreis. Die Batterie ist links, ihr Pluspol markiert; die Lampen leuchten mit der Leistung, die sie aufnehmen, und die blauen Punkte sind Elektronen, die vom Minuspol zum Pluspol driften, schneller, wo der Strom größer ist. Die technische Stromrichtung, die die Formeln verwenden, läuft andersherum.
  2. Ändere Batteriespannung und Widerstände und lies Strom, Spannung und Leistung jeder Lampe unter dem Bild ab. Öffne den Schalter, um einen Zweig zu unterbrechen: In Reihe geht alles aus, parallel leuchten die anderen Lampen weiter. Das Diagramm zeigt, wie viel Leistung R₁ aufnimmt, wenn sich sein Widerstand ändert, mit einem Maximum, wo er dem übrigen Stromkreis entspricht.
  3. Probier den Spannungsteiler aus und sieh die Ausgangsspannung fallen, sobald die Last angeschlossen ist, oder die Wheatstonesche Brücke, und finde das R₄, bei dem das Messgerät null zeigt. Der Rechner für das Ohmsche Gesetz, der Reihen- und Parallelschaltungs-Rechner und der Spannungsteiler-Rechner rechnen dasselbe mit deinen eigenen Werten.

Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Reihen- und Parallelschaltung?

In Reihe liegen die Bauteile in einer Linie, durch jedes fließt also derselbe Strom, und die Spannungen addieren sich zu der der Batterie: R = R₁ + R₂ + …. Parallel hat jedes Bauteil einen eigenen Weg zwischen denselben zwei Punkten, jedes bekommt also die volle Spannung, und die Ströme addieren sich: 1 ÷ R = 1 ÷ R₁ + 1 ÷ R₂ + …. So sind Häuser verdrahtet: Jede Lampe bekommt Netzspannung, und eine lässt sich ausschalten, ohne dass die anderen ausgehen.

Was sind die kirchhoffschen Regeln?

Die Knotenregel: Die Ströme, die in einen Knoten hineinfließen, sind gleich denen, die hinausfließen, weil sich Ladung nicht anstaut. Die Maschenregel: In jeder geschlossenen Masche summieren sich Spannungsanstiege und -abfälle zu null, weil die Energie pro Ladung aufgehen muss. Zusammen mit dem ohmschen Gesetz lösen sie jede Schaltung aus Widerständen und Batterien, und genau das macht die Simulation an jedem Knoten.

Warum sinkt die Batteriespannung, wenn mehr Lampen angeschlossen sind?

Eine echte Batterie hat einen Innenwiderstand r. Der entnommene Strom lässt in der Batterie I × r Volt abfallen, die Klemmenspannung ist also E − I r. Parallel geschaltete Lampen senken den Gesamtwiderstand und erhöhen den Strom, also wächst der Abfall. Setz r auf 0, um eine ideale Batterie zu sehen.

Wie schnell bewegen sich Elektronen in einem Draht?

Langsam: In einem Kupferdraht von 1 mm Durchmesser mit 1 A driften sie mit weniger als einem Zehntelmillimeter pro Sekunde. Die Lampe leuchtet trotzdem sofort, weil sich das elektrische Feld fast mit Lichtgeschwindigkeit im Stromkreis ausbreitet und alle Elektronen gemeinsam in Bewegung setzt. Die Punkte hier sind enorm beschleunigt, damit man die Stromstärken vergleichen kann.

Es heißt, WebGL sei abgeschaltet.

Die 3D-Ansicht braucht WebGL, das jeder aktuelle Browser hat. Es kann abgeschaltet sein, wenn die Hardwarebeschleunigung in den Browsereinstellungen deaktiviert ist oder der Grafiktreiber sehr alt ist. Schalte die Hardwarebeschleunigung ein oder probier einen anderen Browser.

Wird etwas hochgeladen?

Nein. Die Simulation zeichnet dein eigener Browser mit WebGL; nichts wird irgendwohin gesendet, und sie läuft auch offline weiter, sobald die Seite geladen ist.

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