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5. Die Stromkreisvorstellung

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Betrachten wir diese Anordnung, in der das Lämpchen leuchtet und fragen, wie die Elektrizität in dieser Anordnung fließt. Für Grundschulkinder ist die überzeugendste Erklärung, dass aus beiden Batterielaschen die Elektrizität zum Lämpchen fließt und dieses zum Leuchten bringt (so genannte Zweizuführungsvorstellung, siehe Interviews zur Ermittlung von Schülervorstellungen). Denn dass die Verbindung mit einem Draht nicht funktioniert, liegt ihrer Meinung nach meist daran, dass durch einen Draht nicht genügend Elektrizität zum Lämpchen kommt, durch zwei Zuführungsdrähte kommt hingegen ausreichend Elektrizität zum Lämpchen

Die magnetische Wirkung liefert die überzeugendsten Argumente für die Stromkreisvorstellung: Die Elektrizität fließt von dem einen Batterieanschluss durch den Draht zum Lämpchen, durch das Lämpchen hindurch, durch den zweiten Draht zum zweiten Anschluss der Batterie, wobei vor und hinter dem Lämpchen der Strom gleich stark ist, also im Lämpchen kein Strom verbraucht wird.

Was spricht gegen die oben angeführte, durchaus einleuchtende Vorstellung der Kinder?

Zum einen die Asymmetrie bezüglich der Batterieanschlüsse: Wenn in beiden Zuleitungen die Elektrizität von der Batterie zum Gerät fließen würde, dann dürfte ein Vertauschen der Anschlüsse keine Auswirkung auf die magnetische Wirkung haben. Aber ein Motor verändert seine Drehrichtung!

Als nächstes schauen wir uns die Drähte unmittelbar vor und nach dem Lämpchen an: In Abb. 5a fließt noch kein Strom, die Kompassnadeln sind parallel zum Draht ausgerichtet und zeigen in Nord-Süd-Richtung.

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Abb. 5a
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Abb. 5b
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Abb.6

In Abb. 5b ist der Stromkreis geschlossen. Beide Nadeln (sie stehen in den Abbildungen 5a, 5b und 6 unter dem Draht) schlagen gleich weit und in die gleiche Richtung aus. Der Vorgang in den beiden Drähten ist demnach gleich, die Elektrizität fließt z.B. an beiden Stellen von hinten nach vorne und die Stromstärke ist an beiden Stellen gleich groß. Diese Vorstellung passt auch zu dem in Abb. 6 dargestellten Verhalten: Wenn die Batterieanschlüsse vertauscht werden, schlagen die beiden Nadeln gleich weit in die andere Richtung aus: Die Elektrizität fließt nun auch von vorne nach hinten.

Damit ergibt sich die Stromkreisvorstellung: Die Elektrizität fließt „im Kreis“, also von der Batterie durch den Draht zum Lämpchen, durch das Lämpchen und durch den zweiten Draht zurück zur Batterie und sogar durch die Batterie hindurch wieder zum Lämpchen. Die Batterie hat die Aufgabe, den Stromfluss aufrecht zu halten. Diese Vorstellung legt die oft verwendete Bezeichnung „geschlossener Stromkreis“ nahe.

Der folgende Versuch mit einer tatsächlich kreisförmigen Anordnung belegt diese Vorstellung noch einmal:

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Abb.7: Stromkreis:
Der Arm mit der Magnetnadel wird nicht bewegt, dadurch ändert sich die Wirkung des Erdmagnetfeldes auf die Nadel nicht. Zunächst ist die Magnetnadel tangential zum Draht orientiert. Nach Einlegen der Batterie schlägt die Magnetnadel aus. Dreht man jetzt den Stromkreis unter der feststehenden Magnetnadel hindurch, bleibt der Ausschlag der Nadel überall gleich. Das spricht dafür, dass an jeder Stelle, ob Draht, Lämpchen, Batterie gleich viel Elektrizität in die gleiche Richtung fließt.

Viele Schüler (und Erwachsene) sind davon überzeugt, dass das Lämpchen „Strom verbraucht“, dass also vor und hinter dem Lämpchen unterschiedliche Stromstärken vorhanden sind. Diese Vorstellung ist nach den eben durchgeführten Beobachtungen und der darauf fußenden Stromkreisvorstellung falsch! Wenn etwas in gewissem Sinne verbraucht wird, ist es die Fähigkeit der Batterie den Elektrizitätsfluss aufrecht zu halten (die chemischen Prozesse in der Batterie zerstören nach und nach diese Fähigkeit).

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