Was ist ein geschlossener Stromkreislauf? Aufklärung

Was ist ein geschlossener Stromkreislauf

Die einfachste und zugleich gefährlichste Art und Weise, einen Stromkreis zu schließen, wäre beispielsweise die Verbindung der beiden Pole einer gut geladenen Autobatterie mit einem Draht.

Warum ist das so und was passiert dann?

Eine Batterie oder ein Akkumulator (kurz Akku) darf als eine Art Elektronenpumpe beziehungsweise elektrische Ladungspumpe aufgefasst werden. Dabei besteht grundsätzlich das hohe Entropie-Bestreben des Ladungsausgleichs. Wenn immer möglich, wird die Batterie dies tun.

Normalerweise hängt man einen Verbraucher wie eine Glühbirne oder einen Scheibenwischermotor in den Verbindungsdraht zwischen dem Plus- und Minuspol der Autobatterie. Auf diese Weise werden die abfließenden Ladungen dazu gezwungen, eine Arbeit zu leisten, sie müssen gleichsam eine Engstelle passieren, wo sie nur langsam durchkommen, wo sie sich zuweilen auch aneinander reiben und dabei Wärme erzeugen. Innerhalb gewisser Grenzen funktioniert dieser geschlossene Stromkreislauf gut, stabil und lang anhaltend.

Doch wer es vergisst, einen geeigneten Verbraucher in den Stromkreis zu integrieren, erzeugt einen sogenannten Kurzschluss, das heißt, für einen kurzen Moment fließt ein extrem großer Strom von Ladungen durch die Leitung, die in aller Regel dafür nicht ausgelegt ist. Die Folge des dichten Gedränges von Ladungsträgern in der Leitung ist eine Überhitzung, es kommt sogleich zum Aufglühen und Durchschmelzen des Leitungsdrahtes. Dadurch zerschießt sich der für einen sehr kurzen Moment geschlossene Stromkreis selbst.

Das Ohm’sche Gesetz ist eine wichtige Grundlage für das Verständnis

Jeder Verbraucher stellt im Stromkreis einen Ohm’schen Widerstand R (resistivity) dar, dies gilt auch für den Menschen, der bei Berührung beider Pole einer Steckdose einen Stromschlag bekommt. Wie oben angedeutet, stellt der Verbraucher für die fließenden Ladungsträger eine “regulierende” Engstelle dar. Ein hoher Widerstand bedeutet in diesem Bilde eine besonders konsequente Einschnürung des “Flaschenhalses”.

Je größer die elektrische Spannung U ist, die auch als Potenzialgefälle aufgefasst werden kann, desto größer ist der Fluß der Ladungsträger, der einer Strömung gleichkommt und daher treffend als der Strom I bezeichnet wird. Diese direkte Proportionalität wird über den Widerstand R ausgedrückt:

U = R x I (Spannung = Widerstand mal Strom)

Stellt man die Gleichung um, wird daraus eine Bestimmungsgleichung für den Strom I:

I = U / R (Strom = Spannung geteilt durch den Widerstand)

Dies zeigt ganz eindringlich, dass der Strom I dann sehr große Werte annimmt, wenn der Widerstand R extrem klein ist. Ein bloßer Verbindungsdraht aus Kupfer zwischen den Batteriepolen ist ein solch winziger Widerstand, der vielleicht nur ein paar Milliohm beträgt. In diesem Fall fließt kurzzeitig ein Strom von mehreren 10.000 Ampere. Eine althergebrachte 40-Watt-Glühbirne lässt dagegen nur einen begrenzten Strom von 0,18 Ampere im Stromkreis fließen, weil sie einen Ohm’schen Widerstand von mehr als 1.200 Ohm repräsentiert.

Darstellung des Stromkreises als elektrotechnisches Schaltbild

Die einfachste Art und Weise, einen Stromkreis formal darzustellen, kann man sich als Rechteck vorstellen, das an seiner oberen Kante durch die beiden Batteriepole oder eine Wechselstromquelle unterbrochen ist.

Dem gegenüber wird auf der unteren Linie ein kleines Rechteck hinzugefügt, das den Verbraucher, also den Widerstand R repräsentiert. Am rechten Rand kann ein umklappbarer Schalter eingefügt werden, mit dem der Stromkreis entweder geöffnet (das Gerät ist ausgeschaltet) oder geschlossen (das Gerät ist eingeschaltet) wird. In die linke Strecke des Stromkreises könnte noch ein Kreis mit einem Pfeil eingefügt werden, das ein quasi widerstandsloses Messgerät für den Strom (Amperemeter) symbolisiert.

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