Stromkreise: Textaufgaben – Physik Klasse 8

Vier Aufbauten, eine Lampe

AFB I–II

In der Physikstunde bekommt jede Gruppe dieselben Bauteile: eine Flachbatterie (4,5 V), ein Lämpchen mit Fassung, einen Schalter und Kabel. Vier Gruppen bauen unterschiedlich zusammen und schreiben auf, was sie beobachten:

Gruppe A: Batterie – Kabel – Schalter (geschlossen) – Kabel – Lampe – Kabel – zurück zur Batterie.
Gruppe B: Wie A, aber der Schalter ist offen.
Gruppe C: Beide Kabel gehen vom selben Pol der Batterie zur Lampe.
Gruppe D: Wie A, aber das Lämpchen sitzt nur lose in der Fassung und berührt den Kontakt nicht.

Geben Sie an, welche Bauteile ein einfacher Stromkreis mindestens enthalten muss, damit die Lampe leuchtet.
Ordnen Sie jedem der vier Aufbauten die Beobachtung „Lampe leuchtet“ oder „Lampe leuchtet nicht“ zu und geben Sie bei den nicht leuchtenden Aufbauten jeweils die Ursache an.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)

Fragen Sie sich: Woher kommt die Energie, was soll leuchten, und wie kommt beides zusammen?

Hinweis zu Aufgabe b)

Verfolgen Sie mit dem Finger den Weg vom einen Pol der Batterie bis zum anderen. An welcher Stelle bricht der Weg ab – oder führt er gar nicht erst über die Lampe? „Zuordnen“ verlangt die Zuweisung und das fachliche Kriterium dafür.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Nötig sind: eine Stromquelle (Batterie), ein Verbraucher (Lämpchen) und Leitungen, die beide Pole der Quelle über den Verbraucher verbinden. Ein Schalter ist nützlich, aber nicht nötig.

Entscheidend ist: Der Stromkreis muss geschlossen sein.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

A – leuchtet. Der Kreis ist geschlossen und führt über die Lampe.

B – leuchtet nicht. Der offene Schalter unterbricht den Stromkreis.

C – leuchtet nicht. Es ist kein Kreis: Beide Anschlüsse hängen am selben Pol, ein zweiter Pol wird nicht erreicht.

D – leuchtet nicht. Der Kreis ist an der Fassung unterbrochen – die Lampe ist zwar da, aber nicht eingebunden.

Der Türkontakt im Kühlschrank

AFB II–III

Öffnet man einen Kühlschrank, geht das Innenlicht an; schließt man die Tür, geht es aus. Dafür sorgt ein kleiner Stößel im Türrahmen: Ist die Tür zu, drückt sie den Stößel hinein; ist die Tür offen, springt der Stößel heraus. Der Stößel gehört zu einem Schalter im Stromkreis der Innenlampe.

Marek behauptet nach dem Unterricht: „Wenn ich die Innenlampe herausdrehe, fließt in diesem Stromkreis trotzdem noch Strom – die Lampe leuchtet dann eben nur nicht.“ Außerdem klagt seine Familie, das Licht im Kühlschrank bleibe neuerdings dauerhaft aus.

Erläutern Sie, wie der Schalter im Türrahmen arbeitet, und worin sein Verhalten sich von einem gewöhnlichen Lichtschalter unterscheidet.
Überprüfen Sie Mareks Behauptung.
Entwickeln Sie ein Vorgehen, mit dem sich mit einer Flachbatterie, einem Prüflämpchen und Kabeln herausfinden lässt, ob der Türkontaktschalter oder die Lampe defekt ist. Beschreiben Sie die einzelnen Schritte und geben Sie an, welches Ergebnis welche Schlussfolgerung erlaubt.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)

Beschreiben Sie zuerst beide Türstellungen getrennt und ordnen Sie ihnen „Schalter geschlossen“ bzw. „Schalter offen“ zu. Der Vergleich mit dem Lichtschalter kommt danach.

Hinweis zu Aufgabe b)

Überprüfen heißt: an Fakten messen. Was ist die Bedingung dafür, dass Strom fließt? Ist diese Bedingung ohne Lampe noch erfüllt?

Hinweis zu Aufgabe c)

Ein Prüfverfahren untersucht immer nur ein Bauteil auf einmal. Überlegen Sie, wie Sie das verdächtige Bauteil einzeln in einen eigenen, funktionierenden Stromkreis einbauen können. Zu einem entwickelten Verfahren gehören: Aufbau, Durchführung und die Zuordnung „Beobachtung → Schlussfolgerung“.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Der Türkontakt ist ein Schalter, der durch die Türbewegung betätigt wird. Bei geschlossener Tür wird der Stößel eingedrückt, der Schalter ist offen – der Stromkreis der Innenlampe ist unterbrochen und das Licht bleibt aus. Bei geöffneter Tür springt der Stößel heraus, der Schalter schließt den Stromkreis und die Lampe leuchtet.

Unterschied zum gewöhnlichen Lichtschalter: Dieser wird von Hand betätigt und bleibt in seiner Stellung stehen; der Türkontakt wird selbsttätig durch die Tür betätigt und arbeitet gerade umgekehrt zur Alltagserwartung („Tür zu → Schalter offen“).

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Die Behauptung ist falsch. Ein Strom fließt nur in einem geschlossenen Stromkreis. Dreht man die Lampe heraus, entsteht an der Fassung eine Lücke – der Kreis ist offen und es fließt nirgendwo Strom, auch nicht in den Zuleitungen.

Marek verwechselt zwei Dinge: Die Batterie bzw. das Netz stellt zwar weiterhin eine Spannung bereit, aber Spannung allein bedeutet noch keinen Stromfluss.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Mögliches Vorgehen:

Schritt 1 – Lampe prüfen: Die ausgebaute Innenlampe (bzw. das Prüflämpchen) einzeln mit zwei Kabeln an die Flachbatterie anschließen. Leuchtet sie, ist die Lampe in Ordnung; leuchtet sie nicht, ist der Fehler gefunden.

Schritt 2 – Schalter prüfen: Ist die Lampe in Ordnung, einen Prüfstromkreis aus Batterie, Prüflämpchen und dem Türkontaktschalter aufbauen. Nun den Stößel abwechselnd hineindrücken und loslassen.

Auswertung: Wechselt das Prüflämpchen zwischen „aus“ (Stößel gedrückt) und „an“ (Stößel heraus), arbeitet der Schalter korrekt – dann liegt der Fehler in der Zuleitung. Bleibt das Prüflämpchen in beiden Stellungen aus, leitet der Schalter nicht mehr und ist defekt.

Wichtig: Alle Prüfungen nur an der Batterie, niemals am 230-V-Netz; der Kühlschrank wird vorher vom Netz getrennt.