Naturwissenschaften
Was ist der Unterschied zwischen Reihenschaltung und Parallelschaltung?
Kurze Antwort
In der Reihenschaltung gibt es nur einen Weg, die Stromstärke ist überall gleich und die Spannung teilt sich auf. Parallel hat jeder Zweig die volle Spannung und die Ströme addieren sich.
In einem Satz
In einer Reihenschaltung liegen alle Bauteile hintereinander in einem einzigen Stromkreis, in einer Parallelschaltung verzweigt sich der Stromkreis, sodass jedes Bauteil seinen eigenen Weg zur Spannungsquelle hat.
Erklärt
Jeder Stromkreis braucht einen geschlossenen Weg aus Leitern. Es gibt zwei Grundarten, mehrere Bauteile darin anzuschließen, und sie verhalten sich sehr unterschiedlich. Drei Größen beschreiben, was passiert:
- Stromstärke (I) in Ampere (A): wie viel Ladung pro Sekunde an einer Stelle vorbeifließt. Gemessen mit einem Strommessgerät (Amperemeter), das in Reihe geschaltet wird.
- Spannung (U) in Volt (V): der „Antrieb“ für die Ladungen, verbunden mit der Energie, die sie transportieren. Gemessen mit einem Spannungsmessgerät (Voltmeter), das parallel zum Bauteil geschaltet wird.
- Widerstand (R) in Ohm (Ω): wie stark ein Bauteil den Strom hemmt.
Verbunden sind sie durch das ohmsche Gesetz: U = R · I (also I = U : R und R = U : I).
Lampe
Blitz
Haus
In einer Reihenschaltung gibt es nur einen Weg, deshalb gilt:
- die Stromstärke ist überall gleich: I = I₁ = I₂;
- die Spannung teilt sich auf die Bauteile auf: U = U₁ + U₂;
- die Widerstände addieren sich: R = R₁ + R₂ + …;
- fällt eine Lampe aus, ist der Stromkreis unterbrochen und alles geht aus; mit mehr Lampen leuchten alle schwächer.
In einer Parallelschaltung teilt sich der Strom an einem Knoten und vereinigt sich wieder, deshalb gilt:
- an jedem Zweig liegt die volle Spannung der Quelle: U = U₁ = U₂;
- die Zweigströme addieren sich zum Gesamtstrom: I = I₁ + I₂ (Knotenregel);
- der Ersatzwiderstand folgt aus 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + … und ist immer kleiner als der kleinste Einzelwiderstand. Für zwei Widerstände gilt R = (R₁ · R₂) : (R₁ + R₂);
- fällt eine Lampe aus, leuchten die anderen weiter, genauso hell. Die Batterie liefert dann weniger Strom (mit allen Lampen braucht eine Parallelschaltung mehr Strom als eine Reihenschaltung, deshalb ist ihre Batterie schneller leer).
Warum senkt ein zusätzlicher Zweig den Gesamtwiderstand? Denk an einen Supermarkt: Eine weitere Kasse zu öffnen hält niemanden auf, sie gibt den Kunden einen zusätzlichen Weg hinaus. Mehr Zweige bedeuten mehr Wege, also fließt bei gleicher Spannung insgesamt mehr Strom.
Dieselben Regeln gelten für Batterien und Solarmodule. Zellen in Reihe addieren ihre Spannungen: Zwei 1,5-V-Batterien ergeben 3 V. Gleiche Zellen parallel behalten die Spannung, halten aber länger. Deshalb legen Geräte, die mehr Spannung brauchen, ihre Batterien hintereinander ein. All das folgt daraus, wie Elektrizität Energie durch einen geschlossenen Kreis transportiert.
Beispiele
| Reihenschaltung | Parallelschaltung | |
|---|---|---|
| Wege für den Strom | einer | zwei oder mehr Zweige |
| Stromstärke | überall gleich | teilt sich; Zweigströme addieren sich |
| Spannung | teilt sich; U = U₁ + U₂ | an jedem Zweig gleich |
| Gesamtwiderstand | R = R₁ + R₂ | 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ (kleiner) |
| Eine Lampe fällt aus | alle gehen aus | die anderen leuchten weiter |
| Im Alltag | einfache Lichterketten, Batterien in der Taschenlampe | Hausinstallation, Autoscheinwerfer |
Rechenbeispiel (Reihe): Ein 4-Ω- und ein 6-Ω-Widerstand liegen in Reihe an einer 12-V-Quelle. R = 4 + 6 = 10 Ω, also I = 12 : 10 = 1,2 A. Die Teilspannungen sind 4 · 1,2 = 4,8 V und 6 · 1,2 = 7,2 V, und 4,8 + 7,2 = 12 V.
Rechenbeispiel (parallel): Ein 6-Ω- und ein 3-Ω-Widerstand liegen parallel an 6 V. Jeder bekommt 6 V, also fließen 6 : 6 = 1 A und 6 : 3 = 2 A, zusammen 3 A. Probe: 1/R = 1/6 + 1/3 = 3/6, also R = 2 Ω, und 6 : 2 = 3 A.
Häufige Fehler
- „Jede Lampe verbraucht Strom.“ Die Stromstärke ist überall in der Reihenschaltung gleich. Was die Lampen umwandeln, ist Energie, deshalb teilt sich die Spannung auf.
- „Parallele Widerstände werden addiert.“ Nein. Rechne mit 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ und denk daran: Das Ergebnis muss kleiner sein als der kleinste Widerstand.
- Am Ende den Kehrwert vergessen. Wenn 1/R = 1/2, dann ist R = 2 Ω, nicht 0,5 Ω.
- Messgeräte falsch anschließen. Das Amperemeter gehört in Reihe, das Voltmeter parallel zum Bauteil.
Schritt für Schritt
Schritt für Schritt
- Schaltung erkennenVerfolge die Leitung von der Batterie aus. Nur ein Weg: Reihe. Ein Knoten, an dem sich der Strom teilen kann: parallel.
- Gesamtwiderstand berechnenReihe: addieren. Parallel: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂. Gemischte Schaltung: zuerst jede Parallelgruppe ersetzen, dann die Reihenteile addieren.
- Gesamtstrom berechnenMit I = U : R aus Quellenspannung und Gesamtwiderstand.
- AufteilenReihe: gleicher Strom, jede Teilspannung mit U = R · I. Parallel: gleiche Spannung, jeden Zweigstrom mit I = U : R.
- Probe machenIn Reihe müssen die Teilspannungen die Quellenspannung ergeben, parallel die Zweigströme den Gesamtstrom.
Übungsaufgaben
Reihen- und Parallelschaltung berechnen
Löse jede Aufgabe und prüfe dann deine Antwort.
- Wie groß ist der Gesamtwiderstand von 4 Ω und 6 Ω in Reihe?
Lösung zeigen
4 + 6 = 10 Ω - Drei 1,5-V-Batterien werden in Reihe geschaltet. Wie groß ist die Gesamtspannung?
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1,5 + 1,5 + 1,5 = 4,5 V - In einer Reihenschaltung zeigt das Amperemeter neben der Batterie 0,5 A. Was zeigt ein Amperemeter zwischen den beiden Lampen?
Lösung zeigen
In Reihe ist die Stromstärke überall gleich: 0,5 A - Zwei parallele Zweige führen 0,2 A und 0,3 A. Welcher Strom fließt aus der Batterie?
Lösung zeigen
0,2 + 0,3 = 0,5 A - Eine 9-V-Batterie versorgt zwei Lampen in Reihe. An einer liegen 3 V. Wie viel an der anderen?
Lösung zeigen
9 − 3 = 6 V - Eine 6-V-Quelle versorgt drei Lampen parallel. Welche Spannung liegt an jeder Lampe?
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Jeder Zweig bekommt die volle Spannung: 6 V - Eine 12-V-Quelle ist mit 2 Ω und 4 Ω in Reihe verbunden. Berechne die Stromstärke.
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R = 6 Ω, I = 12 : 6 = 2 A - Welche Spannung liegt in Aufgabe 7 am 4-Ω-Widerstand?
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U = 4 · 2 = 8 V - Wie groß ist der Gesamtwiderstand von zwei 10-Ω-Widerständen parallel?
Lösung zeigen
(10 · 10) : (10 + 10) = 100 : 20 = 5 Ω - Wie groß ist der Gesamtwiderstand von 6 Ω und 3 Ω parallel?
Lösung zeigen
1/R = 1/6 + 2/6 = 3/6, also R = 2 Ω - Wie groß ist der Gesamtwiderstand von 2 Ω, 3 Ω und 6 Ω parallel?
Lösung zeigen
1/R = 3/6 + 2/6 + 1/6 = 6/6 = 1, also R = 1 Ω - Ist der Gesamtwiderstand von 5 Ω und 20 Ω parallel größer oder kleiner als 5 Ω? Berechne ihn.
Lösung zeigen
1/R = 4/20 + 1/20 = 5/20, also R = 4 Ω, kleiner als 5 Ω. - Eine 12-V-Quelle treibt 0,4 A durch 10 Ω und einen unbekannten Widerstand in Reihe. Wie groß ist der unbekannte Widerstand?
Lösung zeigen
R gesamt = 12 : 0,4 = 30 Ω, also R₂ = 30 − 10 = 20 Ω - Ein 6-Ω- und ein 12-Ω-Widerstand parallel liegen in Reihe mit 4 Ω an 24 V. Berechne Gesamtwiderstand und Gesamtstrom.
Lösung zeigen
Parallelgruppe: (6 · 12) : 18 = 4 Ω; gesamt 4 + 4 = 8 Ω; I = 24 : 8 = 3 A - Berechne in Aufgabe 14 die Ströme im 6-Ω- und im 12-Ω-Zweig.
Lösung zeigen
Am 4-Ω-Widerstand liegen 4 · 3 = 12 V, an der Gruppe bleiben 12 V: 12 : 6 = 2 A und 12 : 12 = 1 A (2 + 1 = 3 A ✓) - Wie schließt du Amperemeter und Voltmeter an, um eine Lampe zu untersuchen?
Lösung zeigen
Amperemeter in Reihe mit der Lampe, Voltmeter parallel zu ihr.
Sachaufgaben
Schaltungen im Alltag
Löse jede Aufgabe und prüfe dann deine Antwort.
- In einer Taschenlampe liegen zwei 1,5-V-Batterien hintereinander, die Lampe hat 6 Ω. Welcher Strom fließt?
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Die Batterien sind in Reihe: 3 V. I = 3 : 6 = 0,5 A - Eine Lichterkette aus 10 gleichen Lämpchen in Reihe hängt an 12 V. Welche Spannung liegt an jedem Lämpchen, und was passiert, wenn eines durchbrennt?
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12 : 10 = 1,2 V pro Lämpchen; brennt eines durch, ist der Kreis unterbrochen und alle gehen aus. - In der Küche ziehen ein Wasserkocher 8 A und ein Toaster 4 A gleichzeitig. Wie groß ist der Gesamtstrom in der Zuleitung?
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Die Geräte sind parallel geschaltet, die Ströme addieren sich: 8 + 4 = 12 A - Warum sind die beiden Scheinwerfer eines Autos parallel geschaltet?
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Jeder bekommt die volle Batteriespannung, und fällt einer aus, leuchtet der andere weiter. - Zwei Solarmodule liefern je 20 V und 5 A. Was erhältst du, wenn du sie in Reihe schaltest, und was bei Parallelschaltung?
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Reihe: 40 V bei 5 A. Parallel: 20 V bei 10 A. - Ein Handy-Ladegerät liefert 5 V und 2 A. Welche Leistung gibt es ab? (P = U · I)
Lösung zeigen
P = 5 · 2 = 10 W
Häufige Fragen
Welche Formeln gelten für Reihen- und Parallelschaltung?
Reihe: I ist überall gleich, U = U₁ + U₂, R = R₁ + R₂. Parallel: U ist überall gleich, I = I₁ + I₂, 1/R = 1/R₁ + 1/R₂. In beiden Fällen gilt U = R · I für jedes Bauteil.
Wie funktioniert eine Reihen- und eine Parallelschaltung?
In der Reihenschaltung fließt der Strom nacheinander durch alle Bauteile, die sich die Spannung teilen. In der Parallelschaltung teilt sich der Strom auf Zweige auf, die alle an der vollen Spannung liegen.
Wie verhält sich die Spannung in Reihen- und Parallelschaltungen?
In Reihe teilt sich die Quellenspannung auf: Die Teilspannungen ergeben zusammen die Gesamtspannung, und am größten Widerstand liegt die größte Teilspannung. Parallel liegt an jedem Zweig dieselbe Spannung.
Was ist eine gemischte Schaltung und wie berechnet man sie?
Sie enthält Reihen- und Parallelteile. Man ersetzt jede Parallelgruppe durch ihren Ersatzwiderstand, addiert dann die Widerstände in Reihe und berechnet mit dem ohmschen Gesetz den Gesamtstrom.
Warum sinkt der Widerstand, wenn man Widerstände parallel schaltet?
Jeder neue Zweig ist ein weiterer Weg für den Strom. Mit mehr Wegen fließt bei gleicher Spannung mehr Strom, und das heißt, dass der Gesamtwiderstand kleiner ist.
Leuchten Lampen in Reihe oder parallel heller?
Parallel. Jede Lampe bekommt die volle Spannung, während sich die Spannung in Reihe aufteilt und jede Lampe schwächer leuchtet.
Kurzes Quiz
Reihen- und Parallelschaltung
Teste dein Wissen mit 5 kurzen Fragen.
Frage 1 von 5
Wie groß ist die Stromstärke in einer Reihenschaltung an verschiedenen Stellen?
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Probier es aus
Übe Schaltungen berechnen mit unbegrenzten Aufgaben
Arbeitsblätter Physik
Schritt für Schritt üben im ganzen Kurs: Naturwissenschaften · Klasse 10
Für Erwachsene
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