Dr. Hans Gruber - Technikspiele (11) selbst gemacht - von und für große und kleine Leute

... dabei verbessern die Nadeln den elektrischen Kontakt zwischen den Bauteilen, bzw. stellen ihn her.

Stromversorgung der Schaltungen

Als Stromquellen setze ich bei den folgenden Schaltungen wiederaufladbare Akkus des Typs Nickel-Metallhydrid (Ni-MH) ein: Im Gegensatz zu Akkus des Typs Nickel-Cadmium (Ni-Cd) müssen sie vor dem Laden nicht erst entladen werden. In der Fachsprache heißt das: Ni-MH-Akkus haben einen nur sehr geringen 'Memory-Effekt' - sie sind somit problemloser zu verwenden. Die Spannung dieser Akkus beträgt 1.2 V (und nicht 1.5 Volt wie bei entsprechenden Batterien). Für die folgenden Schaltungen wird meist eine Spannung von 3.6 Volt - entsprechend 3 Akkus in einem Batteriehalter - benötigt. Benötige ich Spannungsquellen von 1.2 bzw. 2.4 Volt und hatte ich keine passenden Batteriehalter, 'zweckentfremde' ich einen Halter für 3 Akkus mit einer entsprechend geringeren Anzahl Akkus und 'Kurzschluss'-Schrauben - siehe folgendes Bild:

Hier ersetzen in einem Halter für drei Akkus zwei Schrauben zwei Akkus und ich kann diesen Halter als Spannungsquelle von 1.2 Volt verwenden.

Hier - in Gruppe' - die Modelle für 1.2, 2.4 und 3.6 Volt. Mit einem Multimeter kannst du die Spannungen messen, die 1 Akku bzw. 2 und 3 in Reihe geschaltete Akkus abgeben:

3 in Reihe ...

... 2 in Reihe und ...

... 1 Akku alleine.

Aufmerksam wie du bist, hast du sicher gemerkt, dass die oben angezeigten Akku-Spannungen nicht - wie ich eingangs behauptet habe - 1.2 / 2.4 und 3.6 Volt betragen, sondern etwas höher sind (1.35 / 2.71 und 3.96 Volt). Der Grund: Die Akkus waren frisch aufgeladen. Frisch geladen weisen Akkus etwas höhere 'Leerlaufspannungen' auf, als sie später im Betrieb mit 'Strom-Verbrauchern' (z.B. einem Lämpchen) abgeben.

Apropos 'Lämpchen': Bei den folgenden elektronischen Schaltungen setze ich keine Lämpchen (mit Glühwendeln) sondern Leuchtdioden ('Licht-Emittierende-Dioden' kurz: 'LED') ein. Der Grund: Glühlämpchen verbrauchen wesentlich mehr Strom und die Akkus wären zu schnell 'alle'. Außerdem verwende ich statt der üblichen mechanischen Schalter zum Einschalten/Unterbrechen des Stromkreises elektrisch leitende Neodymmagnete auf Reißnägeln:

So sieht 'Schalter geöffnet' ...

... und so 'Schalter geschlossen' aus.

Grundschaltungen mit Widerständen:

Was du sicher schon weißt:

Die Ursache für elektrischen Strom sind bewegliche Elektronen in elektrischen Leitern. Sie können durch z.B. einen Draht 'fließen' wie Wasser durch eine Rohrleitung. Im Folgenden benutze ich das 'Wassermodell', um den Fluss elektrischen Stroms zu veranschaulichen: Im Wassermodell entspricht die fließende Wasser-Menge - sie wird in Litern bzw. Kubikmetern gemessen - der Strom-Menge - sie wird in Ampere (A) gemessen. Der Wasser-Druck in einer Leitung - er wird in Atmosphären gemessen - entspricht der Spannung des elektrischen Stroms im Leiter - sie wird in Volt (V) gemessen. Verringere ich im Wassermodell den Leitungsquerschnitt und will ich, dass dennoch die gleiche Wassermenge hindurchfließt wie vorher, muss ich den Wasserdruck entsprechend erhöhen - je dünner die Leitung desto höher muss der Druck werden. Genau so verhält es sich mit dem elektrischen Strom: Verringere / verenge ich den Durchmesser eines Drahtes und will ich dass dennoch die gleiche Menge an Strom 'hindurch fließt', muss ich die Spannung erhöhen. Erhöhe ich die Spannung nicht, sondern behalte ich ihre Originalstärke bei, wird durch die Verengung und nach ihr weniger Strom durch den Draht fließen als vorher. Das ist das Prinzip elektrischer Widerstände: Bei gleichbleibender Spannung begrenzen sie den Stromfluss - je größer die Widerstandswerte desto mehr, je kleiner die Widerstandswerte desto weniger. Widerstandswerte werden in Ohm angegeben. Diesen Sachverhalt beschreibt das Ohmsche Gesetzmathematisch: Teile die Spannung (V) durch den Widerstand (Ohm) und du erhältst die Höhe des Stroms (A), der nach dem Widerstand noch durch die Leitung fließt.

Ende der Theorie und zurück zu elektronischen Schaltungen!

1. Versuch: Stromkreis mit Leuchtdiode

Elektronische Schaltungen bestehen aus einem Stromkreis mit elektronischen Bauelementen. In der 'Pinn-Nadel-Technik' sieht das im einfachsten Fall so aus wie im Bild:

Als erstes wird dir auffallen, dass dies gar kein Kreis ist: Es ist eckig! Elektronikern ist das aber egal: Sie haben festgelegt, dass

- dies dennoch ein Stromkreis ist und

- außerdem der Strom von (+) nach (-) fließt.

Auch Letzteres ist eigenartig und Physiker meinen, das sei genau anders herum. Aber so wurde es vor langer Zeit festgelegt, als man sich über die Natur des elektrischen Stroms noch nicht im Klaren sondern im 'Unklaren' war. Danach ist das dann so geblieben, weil es trotzdem funktioniert. Also: ...von (+) nach (-) fließt der Strom.

Der obige Stromkreis - er stellt das einfachste Schaltprinzip eines Leuchtdioden-Lämpchens dar - besteht aus 3 Akkus (je 1.2 Volt, zusammen also 3.6 Volt), einem Magnetschalter (rechts oberhalb von (+) und einer weißen Leuchtdiode.

Wenn du dir ein solches Lämpchen selber bauen willst, brauchst du außer dem Batteriehalter mit Clip

- 3 Akkus

- 1 Abschnitt einer 'mitteldichten' (MDF) Holzfaserplatte (Länge/Breite/Stärke: ca. 140 x 100 x 10 mm) ;

- 1 weiße LED

- 4 Pinnwandnadeln

- 2 Reißzwecken

- etwas verzinnten bzw. versilberten Kupferdraht, Durchmesser ca. 0.4 mm

- 1 leitfähigen (verzinnten) Scheibenmagnet, Durchmesser/Höhe ca. 10/2 mm.

Durchführung:

Klebe einen weißen Karton auf den Holzfaserplatten-Abschnitt, markiere darauf die Lage der sechs Löcher wie im Bild zu sehen und bohre (Durchmesser je 1.5 mm) sie (fast) senkrecht in die Platte:

Schneide - wie in folgendem Bild zu sehen - 3 passende Längen vom verzinnten Kupferdraht ab und biege die Enden (jeweils ca. 5 mm lang) im 90°-Winkel. Biege die 'Beinchen' der LED ebenfalls wie im Bild zu sehen. Achtung: LED haben ein kurzes und ein langes Beinchen. Das kurze wird in einem Stromkreis immer in Richtung (-) und das lange immer in Richtung (+) angeschlossen.