Ebene Schaltungen sollte man sich dreidimensional vorstellen:
agraph
graphsize=1.68;
xmin=-7.5;
xmax=12.5;
ymin=-8.5;
height=230;
noaxes();
xscl=1;
fontsize=14;
U = 2; // Volt
R1 = 2; // Ohm
R2 = 4;
R3 = 4;
t4 = -2; // dummy
t5 = -2;
fontfill="red";
mathcolor="red";
text([ -5.6, 4.0], "`U = `", );
text([ -3.5, 4.0], "V" );
fontfill="blue";
mathcolor="blue";
text([ 3.3, 4.0], "`R_1 = `", );
text([ 5.8, 4.0], "`Omega`", );
text([ 3.8, -7.0], "`R_3 = `", );
text([ 5.8, -7.0], "`Omega`", );
text([ -5.2, -7.0], "`R_2 = `", );
text([ -3.2, -7.0], "`Omega`", );
text([ 0.5, -6.0], "`Omega`", );
fontfill="green";
text([6,5], "A" );
text([-4,-6], "A" );
text([6,-6], "A" );
strokewidth=1;
stroke="blue";
tickLineX([-7.25, 3.3], [-2.25, 3.3], "red", 1.0);
tickLineX([2, 3.3], [7, 3.3], "blue", 0.5555);
tickLineX([2, -7.7], [7, -7.7], "blue", 0.5555);
tickLineX([-7.25,-7.7], [-2.25,-7.7], "blue", 0.5555);
endagraph
Bewegen Sie die Maus in die gelb unterlegte Fläche.
Mit einem Linksklick stoppt die Bewegung der Schaltung.
Ein weiterer Linksklick macht die Schaltung wieder
beweglich.
Wenn die Schaltung steht, bewegen Sie die Maus auf
die waagrechte Skala unter U = 2 V.
Eine Links-/Rechtsbewegung der Mausspitze auf der
Skala ändert die Voltzahl der Spannungsquelle und damit
auch die Skizze.
Ebenso können Sie `R_1`, `R_2` und `R_3` verändern,
durch Mausbewegung auf der waagrechten Skala darunter.
Die blaue Zahl zwischen `R_3` und `R_2` gibt die Größe des
Ersatzwiderstands von `R_3` und `R_2` an.
Die drei grünen Zahlen geben die Größe der Ströme durch
die drei Widerstände `R_1`, `R_2`, `R_3` an.
Eine normgerecht gezeichnete Schaltung stellt
eine realitätsferne, hohe Abstraktion dar.
Die obige Darstellung versucht, mit dem Wassermodell
wichtige elektrische Eigenschaften anschaulich zu machen.
Die Spannungsquelle (der rechteckige, stehende Rahmen
links) stellt man sich als Pumpe vor, die Wasser (Ladung)
von unten (vom Minuspol) nach oben zum Pluspol pumpt.
Wasser, das oben ist, kann Arbeit verrichten, indem
es nach unten fließt. Es bekommt Energie in der
Spannungsquelle.
Üblicherweise produziert eine Spannungsquelle nicht
mehr Ladung, sondern gibt vorhandener Ladung
Energie.
Der Leiter ist das Flussbett. Er müsste eigentlich
breit gezeichnet werden und der Widerstand eng; das
wäre aber sehr aufwendig.
Elektrische Spannung ist Energie pro Ladung:
`U = W/Q` (W = Work, Q = Ladung, quantity)
In einem Widerstand R verrichtet der elektrische
Strom Arbeit: Er erwärmt den ohmschen Widerstand.
Das Wasser, das an R hinunterfließt, könnte ein
Wasserrad antreiben, physikalisch arbeiten.
In den Leitungen fließt der Strom so gut, dass
nur ein minimaler Höhenunterschied entsteht, der
hier vernachlässigt wird.
Der Strom (das Wasser) ist als grüner Streifen
dargestellt; je breiter der grüne Streifen, desto
größer der Strom; halber Strom: halbe Breite.
Im Widerstand `R_1` fällt die Spannung `U_1` ab, was der
obere rote Wert rechts hinten anzeigt.
Im Ersatzwiderstand von `R_2` und `R_3` fällt die Spannung
`U_2` ab, was der untere rote Wert rechts hinten anzeigt.
Beide Werte zusammen ergeben die Spannung der
Spannungsquelle: `U = U_1 + U_2`
Bei `R_1 = R_2 = 0::Omega` haben wir einen Kurzschluss; der
Strom wird sehr hoch und die Spannungsquelle wird heiß,
fängt an zu brennen oder explodiert, oder die Sicherung
unterbricht den Stromkreis.
Deshalb ist die Schaltung für diese Konstellation
mit weggeblasenem Netzgerätgehäuse gezeichnet.
Wenn Licht senkrecht von oben kommt, wird die
gezeichnete Schaltung so auf den Boden projiziert,
dass eine Schaltung entsprechend der Zeichenregeln
entsteht.
Eine Schaltung muss nach den Regeln so gezeichnet
werden, als hätte die Spannungsquelle 0 Volt
Spannung; die Potentialunterschiede bei U > 0 V sind
laut Norm nicht sichtbar.
Lassen Sie die Schaltung mit Mausbewegung auf der roten
Skala zwischen 0 V und 1 V hin- und herspringen.
Der Zweck der Animation ist erreicht, wenn Sie nach einiger
Zeit die Auferstehung der Schaltung im Kopf erzeugen
können ohne die Maus zu bewegen.
Die Auferstehung der
Reptilien
von Escher hat mich
zu dieser Animation inspiriert.
© 2018 hGeiring