Spannung im Rutschenmodell
Erklärung der Analogien
Das Rutschenmodell ist ein Modell für den elektrischen Stromkreis, in dem gerade die Bedeutung der Spannung sehr anschaulich wird.
Folgende Entsprechungen/Analogien machen das Rutschenmodell aus:
- Die Rutsche entspricht einem Elektrogerät (Widerstand, Lampe, Motor, ...).
- Der Erwachsene, welcher die Kinder auf die Rutsche hebt, entspricht der Spannungsquelle (Batterie, Dynamo, Generator, Solarzelle, ...).
- Der Erwachsene am Rand des Spielplatzes begrenzt die Bewegung der Kinder, genauso wie der Rand eines Kabels.
- Die Menge an rutschenden Kindern pro Zeit ist hier die Stromstärke.
Je steiler die Rutsche ist, desto mehr Kinder können gleichzeitig rutschen – umso höher ist auch die Stromstärke. - Der Höhenunterschied zwischen zwei Punkten auf dem Spielplatz entspricht der Spannung. Je höher die Rutsche ist, desto höher muss der Erwachsene heben. Desto größer ist damit auch die Spannung der Spannungsquelle.
- Der Platzbedarf der Rutsche auf dem Spielplatz stellt den Widerstand dar.
Es ist genauso möglich, die Länge der Rutsche als Widerstand zu betrachten.
In der Animation kann man den Platzbedarf direkt durch einen Schieberegler verändern. Die Länge der Rutsche ändert sich dabei entsprechend. Allerdings ändert sich die Länge der Rutsche auch, wenn die Höhe der Rutsche und damit die Spannung verändert wird.
Daher gilt in dieser Animation: Widerstand ≙ Platzbedarf auf dem Spielplatz.
Anleitung zur Animation
Startest du die Animation, so kannst du mit dem Schieberegler die Höhe der Rutsche und die Spannung an der Spannungsquelle variieren.Drückst du auf die Schaltfläche „Ansicht“, kannst du in der Schaltskizze die schwarzen Punkte unterhalb und oberhalb der Batterie verschieben und so die Spannung zwischen zwei beliebigen Stellen messen. Achte dabei auch auf das Bild der Rutsche links. Dort verschieben sich die Messpunkte entsprechend der Position in der Schaltskizze, zwischen denen der Höhenunterschied gemessen wird.
Drückst du ein zweites Mal auf die Schaltfläche „Ansicht“, hast du die Möglichkeit mit dem rechten Schieberegler den Platzbedarf der Rutsche und damit auch den Widerstand zu verändern.
In der Schaltskizze kannst du die Größe der Spannung U, des Widerstandes R und der Stromstärke I ablesen. An der Rutsche werden die Höhe und der Platzbedarf in Metern angezeigt. Variierst du die Werte für U, R und I, fällt dir sicherlich auf, wie die Größen aus der Rutsche mit den Größen in der Schaltskizze zusammenhängen.
Aufgabe
- Verändere die Höhe und den Platzbedarf der Rutsche. Versuche so die Erläuterungen zu den Analogien von oben nachzuvollziehen und ein Gefühl dafür zu entwickeln, wie die Größen Spannung, Widerstand und Stromstärke im Rutschenmodell zusammenhängen.
- Klicke dich dazu mit der Schaltfläche „Ansicht“ durch die Möglichkeiten der Animation.
Vollziehe in der zweiten Ansicht nach, wann eine Spannung gemessen werden kann und wann diese gleich 0 V ist. Begründe deine Beobachtungen mit der Höhenmessung im Rutschenmodell. - Stelle dich nun dem Quiz!
Quiz