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Serienschaltung und Parallelschaltung – Antworten auf die häufigsten Fragen
Was ist eine Serienschaltung?
Mit Serienschaltung bezeichnet man zum einen Schaltungen mit in Serie geschalteten Widerständen (alternative Bezeichnung: Reihenschaltung). Zum anderen meint man damit eine Schaltung in einer Elektroinstallation, bei der mit einem Schalter zwei Stromkreise unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet werden können. Als Serienschalter verwendet man heutzutage einen Doppelwippschalter. Dabei handelt es sich um einen Schalter mit geteilter Wippe – es sind somit zwei Schalter in einem. Früher waren dagegen Drehschalter üblich, mit denen man die möglichen Schaltstellungen der Reihe nach (also in Serie) durchschalten musste, um zur gewünschten Position zu kommen. Beliebte Anwendungen für eine Serienschaltung sind etwa Licht und Ventilator im Badezimmer, Ess- und Sitzbereich im Wohnzimmer oder auch Leuchten mit zwei getrennten Stromkreisen, wie bei einem Kronleuchter.
Welche Möglichkeiten gibt es, Lampen zu schalten?
Die einfachste Möglichkeit ist: Es gibt pro Lampe nur einen Schalter zum Ein- und Ausschalten. Für kleine bis mittelgrosse Räume kommt meist diese Schaltungsvariante zum Einsatz. Je nach Anwendungsfall und Ort sind aber andere Schaltungsarten naheliegender. Neben der bereits behandelten Serienschaltung gibt es noch diese Schaltungsarten:
- Wechselschaltung
- Kreuzschaltung
- Tasterschaltung
Bei der Wechselschaltung kannst du Lampen oder andere Verbraucher von zwei Stellen aus ein- und ausschalten. Das ist beispielsweise im Flur oder in einem Kellergang sinnvoll, um beim Betreten von der einen Seite das Licht ein- und beim Verlassen auf der anderen Seite das Licht wieder auszuschalten. Brauchst du drei oder mehr Schalter, kommt die Kreuzschaltung zum Einsatz. Dafür brauchst du zwei Wechselschalter und einen Kreuzschalter für jede weitere Schaltstelle. Bei sehr vielen Schaltstellen (etwa im Treppenhaus) ist jedoch eine Tasterschaltung sinnvoller. Hierbei wird beim Betätigen des Tasters ein Signal an ein Relais übermittelt, welches dann den Strom schaltet. Diese Art der Installation wird auch dann gewählt, wenn das Licht nach einer bestimmten Zeit automatisch wieder ausgeschaltet werden soll.
Was ist ein Widerstand?
Je nachdem, in welchem Zusammenhang man von Widerstand spricht, meint man entweder
- die physikalische Grösse R
- ein elektrotechnisches Bauelement
- eine Materialeigenschaft (spezifischer Widerstand)
Der Widerstand als physikalische Grösse R ist das Verhältnis zwischen Spannung und Stromstärke. Er wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben: R=U/I. Man darf ihn nicht mit dem Scheinwiderstand Z verwechseln, den man für Impedanzen (Spulen und Kondensatoren) in Wechselstromkreisen angibt. Den Widerstand als Bauelement findest du in fast allen elektrischen Schaltungen. Er dient darin der Strombegrenzung oder zum Aufteilen von Strom oder Spannung (Strom- oder Spannungsteilerschaltungen). Der spezifische Widerstand wird benötigt, wenn der Widerstand eines Leiters anhand seiner geometrischen Abmessungen berechnet werden soll.
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Wie berechnet man den Gesamtwiderstand von Widerständen?
Hierbei kommt es darauf an, ob es sich um eine Reihenschaltung (Serienschaltung) oder eine Parallelschaltung von Widerständen handelt. Der Gesamtwiderstand bei einer Reihenschaltung errechnet sich ganz leicht durch die Addition der einzelnen Widerstände. Drei in Reihe geschaltete 10-Ohm-Widerstände haben somit einen Gesamtwiderstand von 30 Ohm. Bei der Parallelschaltung müssen hingegen die Leitwerte (also die Kehrwerte der Widerstandswerte, Einheit: Siemens) zum Gesamtleitwert addiert werden. Drei parallel geschaltete 10 Ohm Widerstände (Leitwert: 1/10 Siemens) besitzen somit einen Leitwert von 3/10 Siemens. Durch nochmalige Kehrwertbildung kommt man dann auf den Gesamtwiderstand von 3,33 Ohm.
Wie geht man bei einer Gruppenschaltung vor?
Sind Widerstände sowohl parallel als auch in Reihe mit anderen Widerständen geschaltet, liegt eine Gruppenschaltung vor. Dies ist der häufigste Fall, denn elektrische Schaltungen sind in der Regel sehr komplex. Aber auch Gruppenschaltungen sind nicht schwierig zu berechnen. Hier musst du nur schrittweise die rein parallel und die rein in Reihe geschalteten Widerstände mit der jeweiligen Rechenregel zusammenfassen.
Wie verhält sich die Spannung bei einer Reihenschaltung?
Während die Stromstärke überall gleich ist (es gibt bei einer Reihenschaltung ja nur einen Strom), teilt sich die Spannung proportional zu den Widerstandswerten auf. Bei zwei in Reihe geschalteten Widerständen von 2000 Ohm und 1000 Ohm wird sich die Spannung im Verhältnis 2 zu 1 aufteilen. Bei einer Gesamtspannung von drei Volt ergeben sich dann Teilspannungen von zwei Volt (am 2000-Ohm-Widerstand) und ein Volt am 1000-Ohm-Widerstand.
Wie verhält sich der Strom bei einer Parallelschaltung?
Die parallel geschalteten Widerstände liegen an der gleichen Spannung an. Der Strom wiederum teilt sich umgekehrt proportional zur Grösse der Widerstände auf. Je grösser der Widerstand ist, umso weniger Strom kann durch ihn fliessen. Schaltet man nun einen 900 Ohm und einen 100 Ohm Widerstand parallel, wird sich ein Gesamtstrom von ein Ampere wie folgt aufteilen: Der Grossteil (900 Milliampere) fliesst über den kleinen Widerstand und der Rest von 100 Milliampere über den grossen Widerstand.
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