Physik Nachhilfe aus Hamburg zu Weihnachten

Vorweihnachtlicher Spaß mit Lichterketten oder was man über Reihenschaltungen wissen sollte.

Wenn der gedankenschwere November dem Ende zugeht und das neue Kirchenjahr mit dem 1. Advent beginnt, dann wird es überall hell. Unabhängig davon, ob religiös motiviert oder anderweitig: Der Wunsch, die winterbedingt dunkle Jahreszeit durch die verschiedenartigsten Lichtarrangements zu erhellen, besteht generell. Die Industrie bietet für diesen Zweck sehr unterschiedliche Varianten phantasievoller, wenn auch nicht immer geschmackvoller Art an.

Trotz all dieser Vielfalt sind Lichterketten traditionell ein Bestandteil der vorweihnachtlichen Beleuchtung von Fenstern, Tannenbäumen in den Vorgärten oder im Wohnzimmer, an Dachfirsten und an anderen Objekten mehr. Die Freude an diesen Lichterketten ist weit verbreitet. Der alljährliche Ärger mit diesem schönen Lichtschmuck in kurzer oder langer Version ist es allerdings auch.

So leid es mir tut: Hier müssen wir erneut an einem Alltagsthema erleben, dass die Gesetze der Physik danach verlangen, beachtet zu werden. Sonst gibt es Ärger und es kostet auch Geld.

Natürlich haben wir Alle im Physikunterricht gespannt – oder auch nicht – die Experimente mit Reihen- und Parallelschaltungen von elektrischen Verbrauchern und Erzeugern beobachtet und versucht die Unterschiede zu begreifen. Zur Erinnerung: Bei der Reihenschaltung sind alle Elemente des Schaltkreises hintereinander geschaltet und werden vom gleichen Strom durchflossen. Seine Höhe ist durch den Gesamtwiderstand aller Reihenelemente bestimmt. Die an diese Reihenschaltung gelegte äußere Spannung teilt sich nach Maßgabe der elektrischen Widerstände der Einzelelemente auf diese auf.

Bei der Parallelschaltung liegen alle Schaltkreiselemente direkt an der von einer Spannungsquelle bereitgestellten äußeren Spannung, der Strom ist im allgemeinen Falle in allen Schaltkreiselementen unterschiedlich hoch. Er richtet sich nach dem elektrischen Widerstand in den einzelnen Zweigen der Parallelschaltung.

Um auf unser Thema der vorweihnachtlichen Beleuchtungen zurück zu kommen:

Die hier betrachteten Lichterketten sind in aller Regel Reihenschaltungen von Kerzenleuchten. Der Hersteller bemüht sich im Rahmen technischer Möglichkeiten, die Kerzenelemente mit gleichen Daten, dass heisst mit gleich großem Widerstand und gleicher Leistungsaufnahme zu produzieren. Wenn wir die Lichterkette kaufen, ist sie – davon sollten wir ausgehen – mit der richtigen Anzahl und dem passenden Typ der Kerzen bestückt. Ein paar Reservekerzen sind meist im Lieferumfang enthalten.

Leider – aber wahrscheinlich vom Anwender gewünscht – gibt es Lichterketten mit unterschiedlicher Anzahl von Kerzenleuchten. Die Netzspannung, also die Spannung, die wir an den Steckdosen in unseren Wohnungen zur Einspeisung derartiger Lichterketten zur Verfügung haben, hat immer die gleiche Höhe (220/230 V). Niedervoltvarianten mit mitgelieferten Transformatoren will ich hier nicht betrachten. So gibt es Lichterketten mit zum Beispiel 7, 12 oder 20 Kerzen. Das bedeutet, dass diese Kerzen – je noch Anwendung – für unterschiedliche Spannungen und Leistungen ausgelegt sein müssen. Bei einer 7er–Kette beträgt die Bemessungsspannung der Kerze zum Beispiel 32 V, während die Kerze bei einer 20er – Kette für 12 V ausgelegt ist.

Solange alle Lichterketten im und am Hause ihren Dienst tun, ist eitel Sonnenschein. Erlischt eine, ohne ausgeschaltet zu sein, gibt es besorgte Mienen. Das erste Problem besteht schon darin, heraus zu finden, welche Kerze – oder sind es gar mehrere – defekt ist. Da hilft nur systematisches Auswechseln mit Hilfe einer Kerze, von der sicher ist, dass sie in Ordnung ist – es sei denn man hat ein Messgerät zur Verfügung. Die defekte Kerze darf aber natürlich nur gegen eine intakte ausgewechselt werden, die die passende Spannungsklasse hat. Wenn im Haushalt mehrere verschiedene Lichterketten verschiedener Kerzenzahl betrieben werden, dann muss man bei dem Griff in die Ersatzteilkiste eben die Eigenschaften einer Reihenschaltung kennen und verstehen. Wenn nicht, zerstört man die entweder die Ersatzkerze oder die Lichterkette versagt im Ganzen ihre bestimmungsgemäße Funktion.

Daraus wird deutlich, dass die Kenntnisse aus dem Physikunterricht in Hamburg nicht nur bei gehobenen Forschungsaufgaben benötigt werden. Manchmal helfen sie auch, eine sorglose Vorweihnachtszeit im Lichterglanz zu genießen. Bleibt mir noch, meinen Lesern frohe, gesegnete Weihnachten im ungetrübten Lichterglanz zu wünschen 🙂