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TextaufgabenSchaltbilder und Schaltsymbole

Zwei Sachaufgaben zur Bildsprache der Physik: vom Foto des Versuchs zum sauberen Schaltbild und die Fehlersuche in einem fremden Schaltplan.

1

Vom Versuchsaufbau zum Schaltbild

AFB I–II

In der Physikstunde hat die Gruppe von Ela einen Versuch aufgebaut und ihn abgezeichnet (Material M1). Für das Protokoll soll daraus ein Schaltbild werden. Ela meint: „Ich male die Batterie einfach hübscher — Hauptsache, man erkennt, was gemeint ist.“

M1Die Zeichnung des Aufbaus und die Symbol-Tabelle
BauteilSymbol im Schaltbild
Spannungsquellelanger Strich (+) und kurzer, dickerer Strich (−)
GlühlampeKreis mit Kreuz
Schalter (offen)zwei Punkte, der Hebel steht schräg ab
Leitunggerade Linie, nur rechtwinklige Knicke
Verbindung zweier Linienschwarzer Punkt auf der Kreuzung

Die Symbole sind international genormt (DIN EN 60617).

  1. Ordne jedem Bauteil der Zeichnung sein Schaltsymbol zu.
  2. Zeichne das vollständige Schaltbild des Aufbaus mit Lineal in dein Heft.
  3. Beurteile Elas Aussage über die „hübschere“ Batterie.
Tipp zu Aufgabe a)
In der Zeichnung stecken vier verschiedene Bauteile plus die Kabel. Achte beim Schalter darauf, ob er offen oder geschlossen ist.
Tipp zu Aufgabe b)
Zeichne zuerst ein liegendes Rechteck aus geraden Linien. Setze dann die drei Symbole an die Stellen, an denen die Bauteile im Aufbau sitzen.„Zeichne“ heißt: mit Lineal, saubere rechte Winkel, keine Kurven.
Tipp zu Aufgabe c)
Überlege, wozu Schaltbilder überhaupt erfunden wurden und wer sie alles lesen können muss.
Lösung zu Aufgabe a)

Flachbatterie → Spannungsquelle (langer Strich = Pluspol, kurzer dicker Strich = Minuspol). Lämpchen in der Fassung → Kreis mit Kreuz. Schalter → zwei Punkte mit schräg abstehendem Hebel, weil er offen ist. Die drei Kabel → gerade Linien.

Lösung zu Aufgabe b)

Erwartet wird ein rechteckiger Umlauf aus geraden Linien mit rechten Winkeln. Darin eingebaut: links das Symbol der Spannungsquelle, oben das Symbol des offenen Schalters, rechts der Kreis mit Kreuz für die Lampe.

Alle Bauteile liegen hintereinander in einem einzigen Kreis; Kreuzungen ohne Punkt kommen nicht vor. Sinnvoll ist die Beschriftung „4,5 V“ an der Quelle.

Lösung zu Aufgabe c)

Elas Idee widerspricht dem Zweck eines Schaltbildes. Die Symbole sind genormt, damit jede Person auf der Welt einen Plan sofort und ohne Sprache versteht — eine Elektrikerin in Hannover ebenso wie ein Techniker in Japan.

Eigene, „hübschere“ Zeichen machen den Plan mehrdeutig und kosten Zeit. Außerdem geht es im Schaltbild nicht um das Aussehen der Bauteile, sondern nur darum, wie sie verbunden sind. Schön zeichnen darf Ela in der Aufbauskizze, im Schaltbild gelten die Normsymbole.

2

Der Plan aus der Nachbarklasse

AFB II–III

Die Nachbarklasse hat einen Schaltplan abgegeben (Material M2). Damit soll ein Lämpchen über zwei Kabelwege an eine Batterie angeschlossen werden. Beim Nachbauen leuchtet nichts. Im Plan stecken drei Fehler.

M2Der abgegebene Schaltplan

Die senkrechte Linie soll nach Aussage der Gruppe eine zusätzliche Leitung zum Lämpchen sein.

  1. Beschreibe die drei Fehler im Plan.
  2. Entscheide mit Begründung, ob das Lämpchen leuchtet, wenn nur der Schalter geschlossen wird.
  3. Erkläre, warum die Regel „Verbindung nur mit Punkt“ überhaupt nötig ist, und beschreibe, wie der Plan richtig aussehen müsste.
Tipp zu Aufgabe a)
Wandere mit dem Finger einmal vom Pluspol rundherum. Wo kommst du nicht weiter? Und was bedeutet eine Linie, die eine andere ohne Punkt kreuzt?
Tipp zu Aufgabe b)
Es genügt eine einzige Unterbrechung, damit gar nichts fließt — auch wenn alle anderen Fehler behoben wären.„Entscheide“ heißt: klares Ja oder Nein plus Begründung.
Tipp zu Aufgabe c)
Stell dir vor, in einem großen Plan kreuzen sich 50 Linien. Woran soll man erkennen, welche davon zusammengehören?
Lösung zu Aufgabe a)

Fehler 1: Der Schalter ist offen gezeichnet — der Kreis ist dort unterbrochen.

Fehler 2: In der unteren Leitung klafft eine Lücke; die Linie ist nicht durchgezogen.

Fehler 3: Die senkrechte Leitung kreuzt die anderen Linien ohne schwarzen Punkt. Ohne Punkt bedeutet die Kreuzung: keine Verbindung — die gewünschte zusätzliche Leitung existiert im Plan also gar nicht.

Lösung zu Aufgabe b)

Nein, das Lämpchen bleibt dunkel. Selbst mit geschlossenem Schalter ist der Kreis durch die Lücke in der unteren Leitung (Fehler 2) unterbrochen.

Ein Stromkreis muss an jeder Stelle geschlossen sein; eine einzige Unterbrechung genügt, damit nirgendwo Strom fließt. Auch die senkrechte Linie hilft nicht, weil sie ohne Punkte nirgends angeschlossen ist.

Lösung zu Aufgabe c)

In größeren Schaltplänen lassen sich Kreuzungen nicht vermeiden. Wären alle Kreuzungen zugleich Verbindungen, könnte man einen Plan nicht mehr eindeutig lesen. Deshalb gilt die feste Regel: Nur ein schwarzer Punkt bedeutet eine Verbindung, ohne Punkt laufen die Leitungen übereinander hinweg.

Richtig wäre der Plan so: der Schalter geschlossen gezeichnet, die untere Leitung durchgehend, und an den beiden Stellen, an denen die zusätzliche Leitung angeschlossen sein soll, je ein schwarzer Punkt. Alternativ zeichnet man die zusätzliche Leitung so, dass sie keine andere Linie kreuzen muss.