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Fachübungen 1.1 – Einführung in die Elektrotechnik - Elektroanlagenmonteur

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Einleitung

Im ersten Ausbildungsjahr als Elektroanlagenmonteur oder Elektroanlagenmonteurin lernst Du, elektrische Stromkreise fachlich zu beschreiben, ihre Größen zu berechnen und Schaltungen anhand von Plänen und synthetischen Messdaten zu beurteilen. Ausgangspunkt sind die Lernziele des KMK-Lerngebiets 1.1 Einführung in die Elektrotechnik: Stromkreis und Leitungsmechanismus, Energiequellen, ohmsches Gesetz, Einflussgrößen des Widerstands, Reihen-, Parallel- und gemischte Schaltungen, belastete Quellen sowie Gleich- und Wechselgrößen. Der KMK-Rahmenlehrplan vom 25. April 1997 nennt für dieses Lerngebiet 90 Unterrichtsstunden als Zeitrichtwert. Der Beruf ist laut BIBB ein dreijähriger Monoberuf der Industrie und des Handels; Rechtsgrundlage ist die Ausbildungsordnung vom 17. Juni 1997 mit Textnachweis ab 1. August 1997. Der tatsächliche individuelle Ausbildungsbeginn ergibt sich aus dem Ausbildungsvertrag. Die Ausbildungsordnung sieht Zwischen- und Abschlussprüfung vor; dieser Kurs enthält ausschließlich selbst entwickelte Lernaufgaben, keine Originalprüfungsaufgaben und keine ungesicherten Prüfungsvorgaben.

Sicherheitsgrenze: Alle Modellfälle, Messwerte, Schaltbilder und Prüfungen in diesem Kurs sind rechnerisch oder simuliert. Kein eigenständiger Aufbau, keine Inbetriebnahme, Messung oder Fehlersuche an Netzspannung oder realen Anlagen! Praktische Elektroarbeiten dürfen nur im dafür vorgesehenen Rahmen unter Aufsicht und Anleitung entsprechend qualifizierter Fachkräfte sowie geltenden Schutz- und Betriebsregeln stattfinden. Eine rechnerische Plausibilität ist keine elektrische Freigabe.

Ladung, Stromkreis und Energiequellen

Ladung und Leitungsmechanismus

Elektrische Ladung ist eine Eigenschaft von Teilchen; ihre Einheit ist Coulomb (C). In metallischen Leitern sind bewegliche Elektronen die Ladungsträger. Ein elektrischer Strom ist gerichteter Ladungstransport: I = ΔQ / Δt. Beispiel: Fließen innerhalb von 4 s insgesamt 2 C durch einen Leiterquerschnitt, beträgt die mittlere Stromstärke I = 2 C / 4 s = 0,5 A. Die technische Stromrichtung wird außerhalb einer Quelle von Plus nach Minus definiert, der Elektronenfluss im Metall verläuft entgegengesetzt. Diese Konvention darf bei Schaltplänen nicht mit der Richtung der Elektronenbewegung verwechselt werden.

Ein geschlossener Stromkreis benötigt eine Energiequelle, eine leitfähige Verbindung und einen Verbraucher. Im einfachen Modell führt die Quelle Energie zu, der Verbraucher wandelt sie beispielsweise in Licht oder Wärme um. Ein offener Schalter unterbricht den Strompfad. Der Ausdruck „Strom wird verbraucht“ ist irreführend: Ladung wird nicht verbraucht, sondern Energie umgewandelt. Ein Kurzschluss ist eine unerwünschte, sehr niederohmige Verbindung; er kann gefährliche Ströme und Erwärmung verursachen und ist kein Lernexperiment.

Schema eines einfachen Stromkreises mit Quelle und Widerstand; Andreas B Mundt, CC BY-SA 3.0, Quelle und Lizenz im Mediennachweis.

Leiter, Halbleiter und Isolierstoffe

Leiter wie Kupfer besitzen bei Raumtemperatur viele bewegliche Ladungsträger und einen vergleichsweise kleinen spezifischen Widerstand. Isolierstoffe wie geeignete Kunststoffe erschweren den Ladungstransport; ihre Isolierwirkung hängt auch von Zustand, Spannung, Temperatur und Umgebung ab. Halbleiter wie Silizium liegen in ihrem Leitungsverhalten zwischen typischen Leitern und Isolatoren; ihre Leitfähigkeit kann gezielt beeinflusst werden. Die Einordnung beschreibt Stoffeigenschaften, ersetzt aber keine technische Eignungs- oder Schutzbewertung.

Stoffgruppe	Beispiel	Typische fachliche Betrachtung
Leiter	Kupfer	Leitungsverluste und Leiterwiderstand berücksichtigen
Halbleiter	Silizium	Spannungs- und temperaturabhängiges Verhalten beachten
Isolierstoff	Polyethylen	Isolationsaufgabe und Einsatzbedingungen unterscheiden

Elektrische Quellen und Energieumwandlung

Elektrische Quellen halten durch Ladungstrennung eine Potentialdifferenz aufrecht. Eine Batterie bzw. galvanische Zelle wandelt chemische Energie in elektrische Energie um; ein Generator arbeitet nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, eine Solarzelle nutzt Lichtenergie. Bei Akkumulatoren ist die Reaktion unter geeigneten Bedingungen umkehrbar. Die Quellenspannung ist nicht automatisch mit der Spannung an einem belasteten Ausgang identisch: Innenwiderstand und weitere Effekte können den Klemmenspannungswert beeinflussen. Eine Quelle liefert keine unbegrenzte Leistung.

Elektrische Größen, Ohmsches Gesetz und Kennlinien

Größen und Einheiten sicher unterscheiden

Größe	Zeichen	Einheit	Bedeutung
Elektrische Spannung	U	Volt (V)	Energiebezogener Potentialunterschied pro Ladung
Stromstärke	I	Ampere (A)	Ladungsmenge je Zeit
Elektrischer Widerstand	R	Ohm (Ω)	Verhältnis von Spannung zu Strom am betrachteten Bauteil
Leistung	P	Watt (W)	Umgesetzte Energie je Zeit
Energie	E	Joule (J), Wattstunde (Wh)	Umgesetzte Energiemenge

Einheitenumrechnung: 1 kΩ = 1000 Ω, 1 mA = 0,001 A und 1 kWh = 3,6 MJ. Rechne vor dem Einsetzen in Formeln alle Größen in zueinander passende Einheiten um. Die elektrische Leistung eines Gleichstromverbrauchers ist P = U · I und die Energie bei konstanter Leistung E = P · t. Beispiel: Bei 12 V und 0,20 A gilt P = 2,4 W; in 3 h werden E = 7,2 Wh umgesetzt.

Ohmsches Gesetz und Rechenweg

Für einen ohmschen Widerstand bei annähernd konstanter Temperatur gilt U = R · I. Umgestellt: I = U / R und R = U / I. Beispiel: U = 6 V, R = 150 Ω. Zuerst Einheiten prüfen, dann Formel wählen: I = 6 V / 150 Ω = 0,04 A = 40 mA. Probe: 150 Ω · 0,04 A = 6 V. Für nichtlineare Bauteile und temperaturveränderliche Widerstände darf die einfache Proportionalität nicht ohne Prüfung vorausgesetzt werden.

Formeldreieck für U, I und R, gemeinfrei; Rechte- und Quellenangaben im Mediennachweis.

Fachvideo: „Ohmsches Gesetz und Leistungsberechnung“, Sogeht by Sven Stemmler (2023). Video ist verlinkt/eingebettet, nicht als OER neu lizenziert.

Tabellen, Diagramme und typische Fehler

Eine Kennlinie stellt Messwertpaare grafisch dar. Bei einem idealen Widerstand R = 100 Ω führt U = 2 V zu I = 20 mA; bei 4 V zu 40 mA und bei 6 V zu 60 mA. Die Strom-Spannungs-Kennlinie verläuft durch den Ursprung und ist linear, solange R konstant bleibt. Beim Diagramm müssen Achsen, Einheiten und Maßstäbe angegeben werden. Das folgende Datenset ist vollständig synthetisch:

Spannung U (V)	Strom I (mA)	Berechneter Quotient U/I (Ω)
0	0	am Ursprung nicht berechenbar
2	20	100
4	40	100
6	60	100

Fehlerdiagnose beim Rechnen: Wer 40 mA als 40 A einsetzt, liegt um Faktor 1000 falsch. Wer eine Widerstandskonstanz behauptet, obwohl der Bauteilzustand sich durch Erwärmung ändert, liest Kennlinien falsch. Wer bei U = I · R Volt und Ohm verwechselt, erkennt den Fehler mit der Einheitenprobe: A · Ω = V. Vergleiche immer Rechenmodell, Datenlage und Größenordnung.

Widerstand und physikalische Einflussgrößen

Material, Länge und Querschnitt

Für einen homogenen Leiter bei festgelegter Temperatur kann der Leiterwiderstand mit R = ρ · l / A abgeschätzt werden. Dabei ist ρ der spezifische Widerstand, l die Leiterlänge und A der Querschnitt. Wird l bei sonst gleichen Bedingungen verdoppelt, verdoppelt sich R. Wird A verdoppelt, halbiert sich R. Beispiel mit rein angenommenem ρ = 0,018 Ω·mm²/m, l = 10 m und A = 1,5 mm²: R = 0,018 · 10 / 1,5 Ω = 0,12 Ω für den betrachteten einzelnen Leiter. Ein Stromkreis mit Hin- und Rückleiter kann eine andere gesamte Leitungslänge erfordern; Verbindungen, Temperatur und reale Werkstoffwerte sind zusätzliche Einflüsse. Das Beispiel dient der Mathematik und ist keine Auswahl oder Freigabe einer Installationsleitung.

Temperatur und weitere Einflüsse

Bei vielen Metallen steigt der elektrische Widerstand mit zunehmender Temperatur. Eine gebräuchliche lineare Näherung in begrenztem Temperaturbereich lautet R(T) ≈ R(T₀) · [1 + α · (T − T₀)]. Der Temperaturkoeffizient α ist material- und temperaturabhängig. Beispielhaft führt α = 0,004 je Kelvin und eine Erhöhung um 10 K zu einem näherungsweisen relativen Anstieg um 4 Prozent. Andere Bauteile, etwa temperaturabhängige Widerstände oder Halbleiter, können sich anders verhalten. Auch magnetische oder lichtabhängige Bauteile besitzen charakteristische Kennlinien, deren Interpretation auf ihren jeweiligen physikalischen Wirkmechanismen beruht.

Beurteilung statt falscher Verallgemeinerung

Ein dünnerer Leiter bedeutet bei gleicher Länge und gleichem Material einen höheren elektrischen Widerstand, aber daraus folgt noch keine zulässige Belastbarkeit oder sichere Anwendung. In der beruflichen Planung trennst Du physikalische Modellrechnung, Normen- und Herstellerangaben und Freigabe durch zuständige Fachkräfte. Unterschiedliche Kabeltypen, Verlegearten, Temperaturen und Schutzkonzepte sind nicht mit einem einzigen Widerstandsquotienten zu bewerten.

Reihen-, Parallel- und gemischte Schaltungen

Reihenschaltung und Maschenregel

In einer Reihenschaltung fließt durch alle idealisierten Widerstände derselbe Strom. Der Gesamtwiderstand ergibt sich zu Rges = R₁ + R₂ + …. Nach der Kirchhoffschen Maschenregel ist die vorzeichenrichtige Summe aller Spannungen eines geschlossenen Umlaufs null; bei einer einfachen Quellenmasche entspricht die Quellenspannung der Summe der Spannungsabfälle. Beispiel mit 9 V, 100 Ω und 200 Ω in Reihe: Rges = 300 Ω, I = 9/300 A = 0,03 A, U₁ = 3 V, U₂ = 6 V und Kontrolle U₁ + U₂ = 9 V. Die Verteilung U₁:U₂ = R₁:R₂ ist die Grundlage des unbelasteten Spannungsteilers.

Reihenschaltung als Schaltschema, Maxmath12, CC0; Rechte- und Quellenangaben im Mediennachweis.

Parallelschaltung und Knotenregel

Bei parallel geschalteten Zweigen liegt im idealisierten Modell an jedem Zweig dieselbe Spannung. Nach der Kirchhoffschen Knotenregel ist die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme. Für zwei Widerstände gilt 1/Rges = 1/R₁ + 1/R₂, äquivalent Rges = R₁ · R₂ / (R₁ + R₂). Beispiel: R₁ = 120 Ω und R₂ = 240 Ω an 12 V ergeben Rges = 80 Ω, I₁ = 0,10 A, I₂ = 0,05 A und Iges = 0,15 A. Der Ersatzwiderstand einer Parallelschaltung positiver Widerstände ist kleiner als ihr kleinster Einzelwiderstand; ist Deine Rechnung größer, suche einen Fehler.

Gegenüberstellung mit englischen Bildbeschriftungen: Reihenschaltung links, Parallelschaltung rechts, Xyzzy n, CC BY-SA 3.0.

Fachvideo: „Reihenschaltung - und Parallelschaltung von Widerständen“, rund um die Elektrotechnik (2025); nur als externer Videoinhalt eingebettet.

Gemischte Schaltungen und belastete Quelle

Fasse in gemischten Schaltungen zunächst eindeutig erkennbare Reihen- oder Parallelteile zu Ersatzwiderständen zusammen und löse anschließend die Gesamt- und Teilströme bzw. Teilspannungen auf. Eine reale Spannungsquelle kann vereinfacht als ideale Quellenspannung Uq mit einem Innenwiderstand Ri in Reihe dargestellt werden. Unter Belastung gilt dann Uk = Uq − I · Ri. Beispiel: Uq = 12 V, Ri = 2 Ω, Last R = 80 Ω. Es folgt I = 12 V / 82 Ω ≈ 0,1463 A und Uk = I · 80 Ω ≈ 11,707 V. Das Vorzeichen des Spannungsabfalls und die Unterschiedlichkeit von Uq und Uk gehören zur Plausibilitätsprüfung. Ersatzschaltungen haben Gültigkeitsgrenzen; tatsächliches Quellenverhalten kann komplexer sein.

Vertiefungsvideo zu Reihen- und Parallelkombinationen, StudyHelpTV (2015); das Video verbleibt urheberrechtlich beim Anbieter.

Zeitabhängige Größen und fachliche Fehleranalyse

Gleich-, Wechsel- und Mischgrößen

Gleichgrößen behalten bei idealer Konstanz Betrag und Richtung. Wechselgrößen ändern zeitlich regelmäßig ihr Vorzeichen; eine sinusförmige Wechselspannung wird durch Scheitelwert, Periodendauer und Frequenz beschrieben. Die Frequenz f = 1/T hat die Einheit Hertz (Hz). Für eine sinusförmige Größe ohne Gleichanteil gilt Ueff = Û / √2; nur unter dieser Voraussetzung darf die Formel ohne weitere Zusatzannahmen eingesetzt werden. Beispiel: Bei f = 50 Hz beträgt T = 1/50 s = 0,020 s bzw. 20 ms. Ein überlagerter Gleichanteil führt zu einer Mischgröße. Bei einem periodischen Rechtecksignal bezeichnet der Tastgrad den Anteil der eingeschalteten Zeit an einer vollständigen Periode; dies ist nicht dasselbe wie die Frequenz.

Synthetische Sinusdarstellung mit und ohne Gleichanteil (englische Legende), MLYoung101, CC0, 2026; Quelle im Mediennachweis.

Messwerte lesen, Hypothesen begründen

Eine Soll-Ist-Abweichung zeigt zunächst nur, dass angenommene Modellbedingungen und Daten nicht vollständig zusammenpassen. Fachlich korrekte Fehlerdiagnose beginnt mit Messbereich, Einheit, Datenqualität, Schaltungsmodell und möglichen Fehlerquellen. In einer Simulation können zum Beispiel ein unterbrochener Parallelzweig, eine abweichende Quellenspannung oder ein falscher Rechenansatz ähnliche Gesamtdaten liefern. Ein einzelner Wert ist selten ein Beweis für nur eine Ursache. Auch ein scheinbar passender Stromwert bestätigt weder Wirksamkeit elektrischer Schutzmaßnahmen noch einen sicheren Anlagenzustand.

Vollständiger Modellfall: Dokumentation eines Beleuchtungsmoduls

Fiktiver Arbeitsauftrag: Für eine Ausbildungsskizze zu einem 12-V-Gleichspannungsmodul mit zwei rein ohmsch modellierten Anzeigezweigen sollst Du einen Soll-Schaltplan, eine Material-/Datentabelle, Berechnungen, eine Abweichungsanalyse und ein fachliches Kurzprotokoll erstellen. Die ideale Quelle hat U = 12 V, Zweig A hat R₁ = 120 Ω und Zweig B R₂ = 240 Ω; beide Zweige sind parallel verbunden. Alle Werte sind synthetisch. Es wird keine reale elektrische Anlage aufgebaut oder freigegeben.

Musterarbeitsprodukt – Planungsblatt: Quelle mit Beschriftung 12 V; zwei parallel angeschlossene Widerstandssymbole mit 120 Ω und 240 Ω; eingezeichnete Ströme Iges, I₁ und I₂. Die Widerstände sind theoretische Modelllasten, keine direkt ausgewählten Bauteile für einen physischen Aufbau.

Musterrechnung: 1/Rges = 1/120 Ω + 1/240 Ω = 3/240 Ω, also Rges = 80 Ω. Zweig A: I₁ = 12 V / 120 Ω = 0,100 A. Zweig B: I₂ = 12 V / 240 Ω = 0,050 A. Iges = I₁ + I₂ = 0,150 A; Gegenprobe 12 V / 80 Ω = 0,150 A. Zweigleistungen P₁ = 12 V · 0,100 A = 1,20 W und P₂ = 12 V · 0,050 A = 0,60 W. Gesamtleistung Pges = 1,80 W. Nur bei konstantem Sollzustand über 2 h ergibt sich rechnerisch E = 3,60 Wh.

Prüfmerkmal	Sollwert aus Modell	Synthetischer Ist-Datensatz	Fachliche Deutung
Quellenspannung	12,0 V	12,0 V	Im angenommenen idealen Modell passend
Zweigstrom A	0,100 A	0,100 A	Passend
Zweigstrom B	0,050 A	0,000 A	Abweichung
Gesamtstrom	0,150 A	0,100 A	Differenz 0,050 A, entspricht fehlendem Sollstrom von Zweig B

Muster-Fehlerhypothese: In der Simulation könnte Zweig B unterbrochen sein; die Daten allein beweisen nicht, was die Ursache ist. Alternativen sind fehlerhafte Modellverbindungen, falsche Zuordnung von Daten oder eine veränderte Zweigkennlinie. Die nächste ausschließlich virtuelle Prüfung ist die Gegenüberstellung des simulierten Zweigschemas, der Parametersätze und der Sollwerte. Musterentscheidung: „Rechnerische Abweichung lokalisiert, keine Freigabe; weitere Prüfung ausschließlich qualifiziert angeleitet.“

Fachliches Bewertungsraster (20 Punkte):

Kriterium	Fachlicher Maßstab	Punkte
Schaltbild	Quelle, zwei parallele Zweige, Symbole und Stromrichtungen korrekt	0–4
Formeln und Rechnungen	Rges, I₁, I₂, Iges, P und E rechnerisch richtig mit Einheiten	0–6
Soll-Ist-Analyse	Datenfehler quantifiziert; Knotenregel als Gegenprobe genutzt	0–4
Diagnosebegründung	Hypothese, mindestens eine Alternative und Grenze der Datenlage	0–4
Dokumentation und Sicherheit	Verständliches Protokoll und ausdrückliche Nichtfreigabe	0–2
Gesamt	Fachliche Rückmeldung auf Grundlage sichtbarer Nachweise	20

Typische Fehler beim Modellfall: 120 Ω und 240 Ω einfach addieren, obwohl die Zweige parallel liegen; 0,05 A als 0,05 mA lesen; den Sollstrom von B ohne Begründung als Fehlerursache ausgeben; aus einer Simulation eine reale Sicherheitsfreigabe ableiten. Der dokumentierte Lösungsweg zählt mehr als eine unkommentierte Zahl.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche physikalische Größe beschreibt Ladungsmenge je Zeit? (Stromstärke) (!Spannung) (!Widerstand) (!Elektrische Energie)

Rückmeldung: I = ΔQ/Δt, die Einheit ist Ampere. Spannung beschreibt dagegen einen Potentialunterschied.

Wie groß ist der Strom durch 120 Ohm bei 12 Volt? (0,10 Ampere) (!10 Ampere) (!1,20 Ampere) (!120 Ampere)

Rückmeldung: Das ohmsche Gesetz ergibt 12 geteilt durch 120 = 0,10 A. Achte auf die Größenordnung.

Was bewirkt bei gleichem Material und Querschnitt die Verdopplung der Leiterlänge? (Der Widerstand verdoppelt sich) (!Der Widerstand halbiert sich) (!Der Widerstand bleibt unverändert) (!Der Widerstand wird viermal so groß)

Rückmeldung: Im Modell R = ρ · l / A ist R proportional zur Länge l.

Was ist für zwei ideale Widerstände in Reihe gleich? (Die Stromstärke durch beide Widerstände) (!Der Spannungsabfall an beiden Widerständen) (!Der Wert beider Widerstände) (!Die in beiden Widerständen umgesetzte Leistung)

Rückmeldung: Es gibt nur einen Strompfad. Die Spannung teilt sich im Verhältnis der Widerstände auf.

Welche Größe ist an parallelen Widerständen im idealen Gleichstrommodell gleich? (Die Zweigspannung) (!Der Zweigstrom) (!Die Zweigleistung) (!Der Zweigwiderstand)

Rückmeldung: Parallele Zweige liegen an denselben Knoten und haben daher dieselbe Spannung.

Welcher Ersatzwiderstand entsteht aus 100 und 200 Ohm in Reihe? (300 Ohm) (!66,7 Ohm) (!100 Ohm) (!20000 Ohm)

Rückmeldung: In Reihe werden die Einzelwiderstände addiert: 100 + 200 = 300 Ω.

Welcher Ersatzwiderstand entsteht aus 120 und 240 Ohm parallel? (80 Ohm) (!360 Ohm) (!120 Ohm) (!180 Ohm)

Rückmeldung: Das Produkt durch die Summe ist 28800/360 = 80 Ω. Der Ersatzwert liegt unter 120 Ω.

Welche Aussage beschreibt die Kirchhoffsche Knotenregel? (Zufließende Ströme ergeben zusammen die abfließenden Ströme) (!Alle Zweigspannungen eines Stromkreises sind gleich) (!Jeder Widerstand besitzt denselben Wert) (!Die Summe der Widerstände beträgt null)

Rückmeldung: Die Knotenregel ist eine Bilanz der elektrischen Ladung an einem Knoten.

Eine Quelle hat 12 Volt Leerlaufspannung und 2 Ohm Innenwiderstand. Bei 0,1 Ampere Laststrom beträgt die Klemmenspannung im Ersatzmodell wie viel? (11,8 Volt) (!12,2 Volt) (!10,0 Volt) (!1,2 Volt)

Rückmeldung: Uk = Uq − I · Ri = 12 − 0,1 · 2 = 11,8 V. Unter Last tritt ein Spannungsabfall auf.

Welche Periodendauer hat eine periodische Größe mit 50 Hertz? (20 Millisekunden) (!50 Millisekunden) (!5 Millisekunden) (!2 Millisekunden)

Rückmeldung: T = 1/f = 1/50 s = 0,02 s = 20 ms. Frequenz und Periodendauer sind Kehrwerte.

Memory

Finde jeweils Fachbegriff und passende Erklärung.

Potentialdifferenz	Spannungsunterschied zwischen zwei Punkten
Elektronenfluss	Bewegungsrichtung negativer Ladungsträger im Metall
Innenwiderstand	Vereinfachter Quellenanteil des Spannungsabfalls unter Last
Knotenregel	Bilanz der ein- und ausfließenden elektrischen Ströme
Effektivwert	Gleichwertige thermische Wirkung einer Wechselgröße am ohmschen Widerstand
Spezifischer Widerstand	Materialbezogene Größe in der Leiterwiderstandsformel

Drag-and-drop

Ordne den beschriebenen Sachverhalt dem passenden Fachausdruck zu.

Passender Fachausdruck	Beschreibung
Reihenschaltung	Gemeinsamer Strompfad für alle betrachteten Bauteile
Parallelschaltung	Gleiche Spannung an allen betrachteten Zweigen
Kennlinie	Grafische Beziehung zwischen veränderlichen elektrischen Größen
Tastgrad	Zeitlicher Einschaltanteil einer periodischen Impulsfolge
Quellenspannung	Idealisierte innere Spannung einer elektrischen Energiequelle

Kreuzworträtsel

Spannung	Welche elektrische Größe hat die Einheit Volt?
Stromstärke	Welche Größe wird in Ampere angegeben?
Widerstand	Welche Größe wird in Ohm angegeben?
Leiter	Wie heißt ein Material mit vielen beweglichen Ladungsträgern?
Frequenz	Wie nennt man die Zahl der Perioden pro Sekunde?
Masche	Wie heißt ein geschlossener Umlauf in einem elektrischen Netzwerk?

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Hier findest Du externe Suchergebnisse zu passenden interaktiven Übungen zum Themenbereich. Bitte prüfe bei fremden Lernapps selbst den fachlichen Inhalt; die Treffer sind kein eigenständig verifizierter Bestandteil dieses Kurses.

Lückentext

Die Menge elektrischer Ladung pro Zeit heißt

.

Die zugehörige SI-Einheit lautet

.

Die elektrische Potentialdifferenz bezeichnet man als

.

Der Widerstand wird in

angegeben.

Das Verhältnis von Spannung und Strom ist beim temperaturkonstanten ohmschen Leiter

.

In einer Reihenschaltung ist die

an allen Stellen gleich.

In einer Parallelschaltung ist die

an den Zweigen gleich.

Die Summe der zufließenden Ströme folgt aus der

.

Das vereinfachte Quellenmodell berücksichtigt den

.

Der Kehrwert der Periodendauer wird

genannt.

Offene Aufgaben

Die 12 Aufgaben sind nach Schwierigkeit geordnet. Verwendet werden ausschließlich Schaltpläne, Simulationen, Sekundärquellen und synthetische Datensätze. Zu jedem Auftrag gehören nachvollziehbare Rechenschritte, eine Plausibilitätsprüfung und eine kurze Selbstbewertung; der Muster-Modellfall dient als Lösungsvorlage.

Leicht

Schaltskizze: Zeichne auf Papier einen fiktiven Stromkreis mit 12-V-Quelle und 100-Ω-Widerstand; benenne drei Bauteile bzw. Funktionen und markiere technische Stromrichtung und Elektronenrichtung.
Fachworttabelle: Erstelle eine Tabelle zu U, I, R, P und E mit Einheit, Messbedeutung und einem passenden rein rechnerischen Beispiel; kontrolliere jede Einheit.
Grundrechnung: Berechne I bei 9 V und 300 Ω sowie R bei 6 V und 20 mA; gib beide Rechenwege, Umrechnungen und Proben an.
Werkstoffvergleich: Ordne Kupfer, Silizium und einen geeigneten Isolierkunststoff ihren Stoffgruppen zu und begründe die Zuordnung anhand der Ladungsträger.

Standard

Reihenschaltungsbericht: Berechne für zwei Widerstände von 150 Ω und 330 Ω an idealen 12 V den Gesamtstrom und beide Teilspannungen; fertige ein Schaltbild und eine Maschenprobe an.
Parallelschaltungsanalyse: Ermittle für 120 Ω und 240 Ω an 12 V die Zweigströme, den Ersatzwiderstand und die Zweigleistungen; vergleiche mit dem Musterfall.
Einflussfaktoren: Nutze die fiktiven Parameter ρ = 0,018 Ω·mm²/m und l = 10 m; vergleiche R bei 1,0 und 2,0 mm² und erkläre die Verhältnisänderung.
Kennliniendiagramm: Übertrage die synthetischen Messpaare 2 V/20 mA, 4 V/40 mA und 6 V/60 mA in ein Diagramm und begründe, ob das Modell ohmsch ist.

Schwer

Gemischtes Netzwerk: Entwirf eine fiktive Schaltung mit 100 Ω in Reihe zu zwei parallelen Zweigen von 200 Ω und 300 Ω bei 12 V; berechne Ersatzwiderstände, Gesamtstrom, Zweigströme und Knoten-/Maschenprobe.
Belastete Quelle: Vergleiche für Uq = 12 V, Ri = 2 Ω und Lasten von 80 Ω und 40 Ω die berechnete Klemmenspannung; stelle die beiden Punkte grafisch dar und diskutiere Modellgrenzen.
Datendiagnose: Nutze den Musterfall mit Iges = 0,100 A statt 0,150 A; entwickle drei unterscheidbare Fehlerhypothesen, plane ausschließlich virtuelle Gegenprüfungen und schreibe ein fachliches Nichtfreigabe-Protokoll.
Signaltransfer: Vergleiche eine sinusförmige Wechselgröße mit einem Rechtecksignal bei jeweils 50 Hz; erkläre Periodendauer, Effektivwert nur bei angegebenen Voraussetzungen, Tastgrad und den Unterschied zwischen Wechsel- und Mischgröße.

Lernkontrolle

Rechnen mit Einheiten: Eine fiktive Last hat 0,24 kΩ bei 12 V. Berechne Strom und Leistung; Musterkriterium: 240 Ω, 0,050 A und 0,60 W samt Einheitenprobe.
Widerstandsprobe: Begründe ohne Taschenrechner, warum 120 Ω parallel zu 240 Ω niemals 360 Ω ergeben; Musterkriterium: zusätzlicher Strompfad und Ersatzwert unter 120 Ω.
Netzwerkbilanz: Eine Simulation weist Iges = 0,15 A und I₁ = 0,10 A aus. Bestimme I₂ und gib die Erhaltungsbeziehung an; Musterkriterium: 0,05 A und vollständige Knotenbilanz.
Modellvergleich: Ein homogener Leiter erhält doppelte Länge und doppelten Querschnitt bei unverändertem Material und Temperatur. Welche Änderung des Widerstands ergibt sich? Musterkriterium: keine Änderung, da l/A gleich bleibt.
Quellenprüfung: Ein Ersatzmodell enthält Uq = 12 V, Ri = 1 Ω und I = 0,20 A. Berechne Uk und erkläre die Leerlauf-/Lastdifferenz; Musterkriterium: 11,8 V und 0,2 V innerer Spannungsabfall.
Zeitdiagramm: Berechne aus 25 Hz die Periodendauer; erkläre, weshalb eine Sinus-Effektivwertformel nicht beliebig für gepulste Signale gilt. Musterkriterium: 40 ms sowie begründete Formabhängigkeit.
Beurteilung des Modellfalls: Vergleiche den 12-V-Musterfall mit dem synthetischen Ist-Datensatz, nenne eine plausible und eine alternative Hypothese und entscheide über die Freigabe. Musterkriterium: 0,05-A-Abweichung, begrenzte Diagnosesicherheit und keine reale Freigabe.

Lernnachweis

Dein Portfolio umfasst (1) ein lesbares Stromkreis- und Zweigschaltbild mit Größen und Stromrichtungen, (2) eine Fachwort-/Einheitentabelle, (3) zwei nachvollziehbare Rechenblätter mit Einheitentest und Gegenprobe, (4) eine beschriftete Kennliniengrafik aus synthetischen Daten, (5) einen Soll-Ist-Vergleich mit mindestens zwei möglichen Diagnosen, (6) das Protokoll des 12-V-Modellfalls und (7) eine Reflexion darüber, warum die Ergebnisse keine Anlagenfreigabe sind. Entscheidend sind fachlich richtige Modellannahmen, reproduzierbare Rechenwege, sauberer Umgang mit Einheiten, nachvollziehbare Begründungen und die ausdrückliche Trennung von Theorie und qualifiziert angeleiteter Praxis.

Drei Niveaustufen: Leicht = Begriffe und lineare Einzelschritte korrekt; Standard = verknüpfte Berechnungen, Darstellung und Soll-Ist-Vergleich; Schwer = Modellkritik, mehrere Lösungsschritte, Alternativhypothesen und Transfer. Nutze für den Musterfall das 20-Punkte-Raster; ab 16 Punkten ist die fachliche Dokumentation im Rahmen dieses Übungsrasters weitgehend sicher, 12–15 zeigen noch Lücken, darunter besteht gezielter Übungsbedarf. Dies ist kein offizieller Prüfungsschlüssel.

OER und Wikipedia

Primärquellen zur Berufsstruktur und Lernplanung: BIBB: Ausbildungsberuf Elektroanlagenmonteur/in; Ausbildungsordnung vom 17. Juni 1997; KMK-Rahmenlehrplan vom 25. April 1997, besonders Lerngebiet 1.1. Diese amtlichen Materialien sind Quellen, aber ihre allgemeine Abrufbarkeit bedeutet nicht automatisch eine freie OER-Lizenz für Bearbeitungen.

Weiterführende freie Wissensquellen: Wikipedia: Elektrotechnik und Wikipedia: Ohmsches Gesetz (Wikipedia-Artikel unter CC BY-SA gemäß Seitenangaben). MOOCwiki: Elektrotechnik und MOOCwiki: Ohmsches Gesetz sind thematisch vorhandene Vertiefungen.

Geprüfte Bilder und Nutzungsrechte: Die folgenden Dateinamen wurden anhand ihrer Wikimedia-Commons-Dateiseiten einschließlich Lizenzinformation geprüft. Der Quellhinweis ersetzt keine Prüfung der Bedingungen bei Bearbeitung oder Wiederveröffentlichung.

Datei	Quelle	Urheber	Nutzungsrecht laut Dateiseite
File:Basic electric circuit.svg	Wikimedia Commons	Andreas B Mundt	CC BY-SA 3.0
File:Ohm's law triangle.svg	Wikimedia Commons	Commons-Beitragsgeschichte, u. a. Rob Kam / Simon Villeneuve	Gemeinfrei laut Dateiseite
File:Circuitseries.svg	Wikimedia Commons	Maxmath12	CC0 1.0
File:Series and parallel circuits.svg	Wikimedia Commons	Xyzzy n, spätere Bearbeitung Carnby	CC BY-SA 3.0
File:Sine waves with DC offset.svg	Wikimedia Commons	MLYoung101	CC0 1.0

Geprüfte Fachvideos und Rechte: Ohmsches Gesetz und Leistungsberechnung – Sogeht by Sven Stemmler (2023); Reihen- und Parallelschaltung – rund um die Elektrotechnik (2025); Kombination von Reihe und Parallel – StudyHelpTV (2015). Die Videos sind externe Einbettungen der jeweiligen YouTube-Veröffentlichung; es wird keine offene Lizenz oder Berechtigung zur eigenen Weiterverbreitung behauptet. Videoeinbettungen können Drittanbieter-Datenverarbeitung auslösen; bei Nutzung in der Schule lokale Vorgaben prüfen. Keine Sofatutor-Medien.

Verknüpfte Lernbereiche

Die Einführung verbindet Physik (Ladung, Energie, Stoffeigenschaften), Mathematik (Formelumstellung, Verhältnisse, Diagramme), Technisches Zeichnen (Schaltzeichen), Medienbildung (Daten- und Quellenprüfung), Arbeitssicherheit (Verantwortung und Grenzen der Freigabe) sowie die beruflichen Inhalte zu Schaltungstechnik und Messverfahren. Weitere Ausbildungsabschnitte bauen darauf auf: Einführung in die Steuerungs- und Digitaltechnik, Einführung in die Elektronik, Einführung in Schutzmaßnahmen und Einführung in die Messtechnik. Nicht alle Verknüpfungen sind notwendigerweise eigene bereits veröffentlichte Kurse.