Mit dem Ohmschen Gesetz rechnen
Natürlich können wir mit dem Ohmschen Gesetz auch theoretisch vorhersagen, welcher Strom in einem Stromkreis fließen wird, wenn wir den Widerstand und die Batteriespannung kennen. Wir nehmen mal unsere 9VBlockbatterie und schalten daran einen Widerstand von 1k(ein KiloOhm). Wie groß wird dann der Strom sein, der durch den Widerstand fließen wird? Das Schaltbild findet ihr auf dem Arbeitsblatt 6. Nach dem ohmschen Gesetzt(oder der Formel) berechnen wir:Den Widerstand messen
Wie groß ist wohl der Widerstand unseres Körpers? Dürfen wir zur Messung das Multimeter verwenden? Ja, denn in dem Messgerät ist ja die treibende Spannung nur 9V. Die kann uns nicht gefährden. Daher dürfen wir unbedenklich die Prüfspitzen einmal zur Messung an uns anschließen. Wir nehmen also in die linke Hand eine Prüfspitze und in die rechte Hand die andere. Beobachtet mal die Anzeige. Sie bleibt nicht auf einem Wert stehen. Denn je nach Druck mit unseren Fingern schwankt der Widerstand. Unsere Haut bestimmt hauptsächlich den sog. Körperwiderstand. Ist sie trocken, dann ist der Widerstand hoch. Ist sie feucht, dann sinkt er beträchtlich ab. Feuchte mal die Finger an und beobachte die Veränderungen.Gefahr!
Wenn wir mit nassen Füßen oder Händen eine elektrische Leitung berühren, dann sind wir in Gefahr. Falls mal ein elektrisches Gerät einen sog. Körperschluss hat, was man in einem trockenen Raum kaum wahrnimmt, dann kann es tödlich enden, wenn wir z. B. eine defekte Stehlampe mit bloßen Füßen in den Garten tragen. Aus demselben Grund sollten wir auch keine am Netz betriebenen Geräte z. B. Radio oder Föhn im Badezimmer in der Nähe der Badewanne oder der Dusche verwenden. Tödliche Unfälle passieren immer dann, wenn ein solches Gerät in die Wanne fällt, während ein Mensch darin ist. Der Strom fließt durch das Wasser unmittelbar in den Körper und über das Herz des Betroffenen. Man kann so schnell nicht die Wanne verlassen, wie es erforderlich wäre. Die Muskeln verkrampfen so stark, dass man bewegungsunfähig wird. Ein solcher Unfall endet fast immer tragisch. Dennoch sollte man versuchen alle Rettungsmaßnahmen sofort anzuwenden. Den Erfolg einer Wiederbelebung darf man nie ganz ausschließen.Isolierstoffe
Fast hätte ich diese „Widerstände“ vergessen. Aber das wäre ein großer Fehler, denn diese Stoffe, die man auch Isolatoren nennt, sind ebenso wichtig in der Elektronik wie die Leiter. Zum Beispiel Metalle, die den Strom gut leiten. Isolierstoffe sind Luft, Kunststoffe, Glas, Keramik, Porzellan, Leiterplatten, Vakuum und so weiter. Diese Stoffe haben beinahe einen unendlich hohen Widerstand. Sie trennen die leitenden Stoffe, wie Metalle, Elektrolyte und Halbleiter, damit zwischen denen keine elektrische Verbindung besteht. Isolatoren und Leiter geben uns die Möglichkeit, den Strom so fließen zu lassen, wie wir das wollen. Sie sorgen z.B. auch dafür, dass zwischen den Anschlüssen unserer Batterie kein ungewollter Kurzschluss entsteht. Sie sorgen dafür, dass nur in den Leiterbahnen einer Elektronikplatine der Strom dort fließt, wo er es soll. Die Isolatoren trennen also die Leiterbahnen voneinander. Und wenn man hohe elektrische Spannungen messen will, dann macht man das z.B. in einem Hochspannungslabor mit langen isolierenden Stangen, an denen die Prüfspitzen befestigt sind.
Erkenntnis
Wir unterscheiden in der Elektronik also Leiter und Nichtleiter. Letztere nennt man Isolatoren. Damit es z.B. zwischen den Drähten unserer Versuchsaufbauten nicht zu Kurzschlüssen kommt, verwenden wir meistens die isolierten Verbindungen. Ein Draht kann lackiert oder mit einem Kunststoff umhüllt sein. Beide Stoffe sind gute Isolatoren.Die Bedeutung von Farben in der Elektronik
Zur Kennzeichnung der Polarität eines Leiters ordnet man den Drähten manchmal bestimmte Farben zu. So galt lange Zeit die Farbe Blau als Kennung für den Minuspol und Rot für den Pluspol einer Gleichstromleitung. Wir verwenden für Plus den roten Draht und für Minus den gelben. Man findet in der Autoelektrik auch Schwarz für Minus und Rot für Plus(Multimeter). Natürlich richtet sich der elektrische Strom nicht nach der Einfärbung. Ihm ist es völlig egal, welche Farbe ein Draht hat. Er muss nur hinreichend leitend sein und darf keine Unterbrechung haben.Die Farbkodierung
Aber es gibt noch andere Anwendungen von Farben. So hatte man früher den Wert direkt auf den Widerstand mit Ziffern gedruckt, also z.B. : 100 k oder 1 M. Wenn aber dieser Aufdruck mal nicht abzulesen war, weil der Widerstand so ungeschickt eingebaut wurde, dass man den Aufdruck nur mit einem Winkelspiegel erkennen konnte, dann lag ein kleines Problem vor, für das man erst später eine elegante Lösung fand. Man druckte farbige Ringe um den zylindrischen Körper des Widerstands. Dabei ist die Rangordnung von links nach rechts vorgegeben. Ganz links steht z.B. ein brauner Farbring für die Ziffer 1. Danach folgen weitere, deren Bedeutung unterschiedlich ist. Wenn der letzte Ring rot ist, dann sind hier zwei Nullen zu dekodieren. Silber und Gold geben die Toleranz des Widerstandswertes an und weisen auch auf das Ende der Kodierung hin, also auf die Richtung und korrekte Reihenfolge des Ablesens. Man hat heute verschiedenen Systeme für die Kennung der Widerstände. Seht euch mal das Arbeitsblatt 7 an. Hier werden wir Widerstände durch Löten miteinander verbinden. In der Schaltung habe ich euch die Werte vorgegeben. Jetzt müsst ihr zuerst die Widerstände aus dem Vorrat heraussuchen. Dazu studiert mal die Tabelle und macht euch klar, wie man damit umgeht. Es ist ganz wichtig, dass ihr den Gebrauch der Farbkodierung versteht. Erst im Laufe der Zeit werdet ihr kleine Übersetzungskünstler. Es dauert, glaubt es mir! Ich habe anfangs auch immer wieder in die Tabelle sehen müssen, um den Widerstandswert zu bestimmen. Aber das Prinzip hat einen großen Vorteil: Ein Widerstand kann beliebig montiert werden. Der durch Farbringe kodierte Wert ist in jeder Einbaulage zu erkennen. Falls aber ausnahmsweise mal die Oberfläche durch Überhitzung verbrannt ist, hilft auch die Farbkodierung nicht weiter, weil die Ringe dann die Farbe verlieren. Zur Übung könnt ihr mal mein Applet aufrufen:
Eine Merkhilfe
