Der Wasserstromkreis als Modell für den elektrischen Stromkreis: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 17. Januar 2019, 13:52 Uhr

Versuch: Ein Wasserstromkreis

Aufbau

An eine Wasserpumpe sind Schläuche angeschlossen, die den Ausgang der Pumpe mit dem Eingang verbinden. In den Schläuchen befindet sich mit Lebensmittelfarbe gefärbtes Salzwasser. ^[1]

An einer Stelle verzweigt sich der Schlauch in zwei Schläuche, die später wieder zu einem Schlauch zusammengeführt werden.

An mehreren Stellen sind kleine Wasserrädchen eingebaut. Je ein Rädchen in den zwei verzweigten Teilen und je eines vor und hinter dem verzweigten Teil.

Außerdem sind noch Wasserhähne eingebaut. Jeweils einer vor und hinter dem verzweigten Teil und je einer in den verzweigten Teilen.

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  Die Zeichnung des Aufbaus. (mit einem zusätzlichen Hahn)

Folgende Fragen kann man sich stellen:

a) Wie werden sich die Rädchen drehen, wenn man die Pumpe einschaltet?

b) Welches Rädchen wird zuerst anhalten, wenn man den Hahn 1 oder 2 zudreht?

c) Was passiert, wenn man Hahn 3 oder 4 schließt?

Beobachtung

a) Die Rädchen A und B drehen sich gleichschnell. Auch C und D drehen sich gleichschnell, aber langsamer als A und B.

b) Egal ob man Hahn 1 oder 2 schließt, alle Rädchen halten (fast) gleichzeitig an.

c) Wird Hahn 3 geschlossen, so bleibt Rädchen C stehen. Das Rädchen D dreht sich schneller und zwar genauso schnell wie A und B. (Wenn man genau hinschaut, sieht man, dass sich A und B etwas langsamer drehen als vorher.)

Folgerung

a) Der Wasserstrom teilt sich auf und fließt wieder zusammen. In den verzweigten Teilen fließt weniger Wasser (pro Zeit), die Stromstärke ist geringer.

b) Der Wasserstromkreis reagiert als ganzes. Wird an einer Stelle der Wasserfluß unterbrochen, so bleibt das gesamte Wasser in diesem Kreis stehen.

c) Im unverzweigten Stromkreis ist die Stromstärke überall gleich groß. (Sind beide Teile der Verzweigung geöffnet, so ist der Widerstand zweier Schläuche geringer als der Widerstand eines einzelnen Schlauches und die Rädchen A und B drehen sich schneller.)

Wasserstromkreis	elektrischer Stromkreis
Das Wasser fließt im Kreis durch die Schläuche.	Die elektrische Ladung ("Elektrizität") fließt im Kreis durch die Kabel.
Die Pumpe treibt das Wasser an.	Die Batterie (das Netzgerät, der Dynamo, der Generator) treibt die elektrische Ladung an.
Das fließende Wasser treibt das Rädchen an.	Die fließende elektrische Ladung ("der Strom") läßt die Lämpchen leuchten.
Die Energie kommt von der Pumpe und wird vom Wasser zum Rädchen transportiert.	Die Energie kommt aus der Batterie und wird von der elektrischen Ladung zur Lampe transportiert.
Der Wasserhahn unterbricht den Wasserfluß.	Der Schalter unterbricht und schließt den elektrischen Stromkreis.
Nur wenn das Wasser im Kreis fließen kann, dreht sich ein Rädchen.	Nur bei geschlossenem Stromkreis leuchtet die Lampe.
Die Wassermenge wird in Litern angegeben.	Die Menge der elektrischen Ladung ("Elektrizität") wird in Coulomb ([math]C[/math]) angegeben.
Die Wasserstromstärke wird in Litern pro Sekunde angegeben.	Die elektrische Stromstärke wird in Coulomb pro Sekunde angegeben. Das ist ein Ampère [math]1\,\rm A = \rm \frac{1\,C}{1\,s}[/math]

Fußnoten

1. ↑ Das gefärbte Wasser ist wesentlich besser zu sehen als ungefärbtes Wasser. Das Salz im Wasser verhindert die Bildung von Algen und wirkt auch antibakteriell.