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- Herausgeber: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Serie: ...für Dummies
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2020
Bastelst du gern? Und liebst du es, wenn es leuchtet, piept und blinkt? In diesem Buch erfährst du Schritt für Schritt, wie du mit LEDs, Kondensatoren, Transistoren, Widerständen und anderen elektronischen Bauteilen nützliche und schöne Dinge wie Glückwunschkarten, Geschicklichkeitsspiele, Gespenster, Weihnachtsschmuck und Spielzeugautos basteln kannst. Du wirst von Anfang an auch löten! Nebenher lernst du, was Strom ist, warum man dafür Spannung braucht und wie alles funktioniert. Die Bauteile kannst du dir für wenig Geld im Internet oder im Elektronikmarkt besorgen. Leg einfach los! Bestens geeignet für Kinder und Jugendliche ab 10 Jahren.
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Seitenzahl: 136
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Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
© 2020 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wiley, the Wiley logo, Für Dummies, the Dummies Man logo, and related trademarks and trade dress are trademarks or registered trademarks of John Wiley & Sons, Inc. and/or its affiliates, in the United States and other countries. Used by permission.
Wiley, die Bezeichnung »Für Dummies«, das Dummies-Mann-Logo und darauf bezogene Gestaltungen sind Marken oder eingetragene Marken von John Wiley & Sons, Inc., USA, Deutschland und in anderen Ländern.
Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie eventuelle Druckfehler keine Haftung.
Print ISBN: 978-3-527-71705-7ePub ISBN: 978-3-527-82641-4
Korrektur: Geesche Kieckbusch, HamburgIllustrationen (ausgenommen Schaltpläne): Leonard Ermel, Berlin
Inhaltsverzeichnis
Cover
Einführung
Hallo, zukünftige Elektronik-Profis
Über Strom und Spannung
Über dieses Buch
Über dich
Über die Symbole, die wir in diesem Buch verwenden
Kapitel 1: Auf die Plätze …
Von Elektrizität zur Elektrotechnik
Strom und Spannung messen
Von der Elektrotechnik zur Elektronik
Rück- und Ausblick
Kapitel 2: Was du alles brauchst
Werkzeuge erleichtern das Leben
Elektronische Bauteile: Was ist wofür?
Das Multimeter: Messen, was du nicht siehst
Experiment: »Spannung einer Batterie messen«
Kinder betet, Vater lötet!
Kapitel 3: Leuchtende Grüße
Hier geht dir ein Licht auf
Projekt »LED-Glückwunschkarte«
Kapitel 4: LED-Geist mit leuchtenden Augen
Der Widerstand
Experiment »Eine LED und ihr Vorwiderstand«
Experiment »Drei LEDs in Reihe und ihr Vorwiderstand«
Projekt »LED-Geist«
Projektvariante »Leuchtende Weihnachtskugel«
Kapitel 5: Heißer Draht
Experiment »Optisches Signal mit einer Alarm-LED«
Experiment »Akustisches Signal mit Summer«
Der Kondensator
Experiment »Die Warnsignale nicht übersehen«
Projekt »Heißer Draht«
Kapitel 6: Blinkende Weihnachtskugel
Der Transistor
Die Blinkschaltung
Experiment: Blinkendes Steckbrett
Projekt: Weihnachtskugel mit blinkenden LEDs
Projektvariante »LED-Geist mit blinkenden Augen«
Kapitel 7: Elektromobil
Der Elektromotor
Der Reflexkoppler
Die Linienfolger-Schaltung des Elektromobils
Projekt: Elektromobil mit Linienfolger-Schaltung
Und nun?
Anhang: Werkzeuge, Bauteile und Bastelmaterial besorgen
Werkzeugliste
Bauteileliste
Stichwortverzeichnis
Über die Autorinnen
End User License Agreement
Orientierungspunkte
Cover
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Einführung
Hallo, zukünftige Elektronik-Profis
Herzlich willkommen zu Spaß mit Elektronik für Dummies Junior – dem Buch, in dem du genau das findest, was auf dem Cover steht.
Du möchtest wissen, was man alles mit Elektronik anfangen kann und wie es funktioniert? Na, dann hast du dir das richtige Buch ausgesucht. Lesen allein wäre allerdings langweilig: Wir zeigen dir daher Schritt für Schritt, wie du mit elektronischen Bauteilen nützliche und schöne Dinge wie Glückwunschkarten, Geschicklichkeitsspiele, Gespenster, Weihnachtsschmuck und Spielzeugautos zum Leben erwecken kannst. Du wirst schnell merken, dass Kreativität kein Widerspruch zu Elektronik ist, im Gegenteil, beides gehört zusammen. Und ganz nebenbei wirst du zum Profi in der Welt der Elektronik.
Über Strom und Spannung
Wir sind von Geräten umgeben, die nur mit Strom funktionieren. Ist der Akku oder die Batterie leer, bleibt das Fernsteuerauto stehen und das Handy dunkel. Aber was ist Strom eigentlich? Und wozu brauchen wir Spannung, damit Strom fließen kann? Diese und andere »spannende« Fragen wollen wir in diesem Buch klären.
Über dieses Buch
Worum geht es in diesem Buch?
In der Schule lernst du sicher nicht, wie man elektronische Schaltungen baut, oder? Wenn doch, dann ist deine Schule ziemlich cool. In Spaß mit Elektronik für Dummies Junior helfen wir dir, Schaltungen selber aufzubauen und zum Funktionieren zu bringen. Erst werden die Schaltungen ziemlich einfache Dinge tun, aber je mehr du über Elektronik weißt, umso toller werden die Möglichkeiten. Von Beginn an wirst du vieles selbst machen, weil dir nur so die wichtigsten Begriffe der Elektronik klar werden.
Wir unterscheiden im Buch zwischen Experimenten und Projekten. Ein Experiment hilft dir zu verstehen, wie ein Bauteil oder eine Schaltung funktioniert, ohne dass dabei schon etwas richtig Brauchbares oder Cooles für dich und die Nachwelt dabei herauskommt. Für ein Experiment verwendest du meistens Steckbretter, in die du Bauteile mit ihren Drahtenden lose hineinsteckst und so provisorisch verbindest, oder einfach nur Krokodilklemmen: Kabel mit Krokodilzähnen am Ende, die man an Bauteile anklammern kann. In einem Projekt dagegen nutzt du deine frisch erworbenen Kenntnisse und baust etwas wirklich Nützliches oder Schönes. Das soll natürlich auch dauerhaft erhalten bleiben, also wirst du in den Projekten selber löten! In jedem Kapitel, also von Anfang an, gibt es Experimente und Projekte.
Mit diesem Buch wirst du auf diese Weise
Grundbegriffe der Elektrizität und Elektronik kennenlernen,
Wichtiges über elektronische Bauteile erfahren,
die Bauteile in Experimenten auf Steckbrettern zu Stromkreisen kombinieren,
lernen, was Löten ist, was du dafür brauchst und wie du es gut machst.
Von Anfang an lötest du in eigenen Projekten selber: elektronische Geschenke und Spiele, wie zum Beispiel
eine Glückwunschkarte, die beim Öffnen leuchtet,
das Geschicklichkeitsspiel »Der heiße Draht«,
LED-Geister mit gruselig rot leuchtenden Augen,
eine blinkende Weihnachtskugel,
ein Elektromobil, das einer schwarzen Linie folgen kann.
Natürlich hat all dies nicht nur mit Elektronik, sondern auch mit Basteln, Fantasie und Kreativität zu tun. Na, neugierig geworden? Probiere es einfach selber mal aus.
Über dich
Du interessierst dich dafür, wie man elektronische Schaltungen baut. Deshalb liest du gerade in diesem Buch, oder? Wir gehen auch davon aus, dass du ganz gerne bastelst und mit Pappe, Schere und Kleber umgehen kannst. Du musst jetzt noch nicht löten können, das wird dir im Buch ganz genau erklärt. Du brauchst auch kein Vorwissen in Elektronik mitzubringen.
Was du brauchst, ist ein Lötkolben, ein paar Werkzeuge und natürlich die elektronischen Bauteile für jedes Projekt. Wo es all dies günstig zu kaufen gibt, steht im Buch. Die Sachen können deine Eltern dann mit dir zusammen im Internet bestellen oder im Elektronikmarkt besorgen. Und dann kann es auch schon losgehen.
Über die Symbole, die wir in diesem Buch verwenden
Die Symbole im Buch sollen dich auf verschiedene Dinge hinweisen:
Wenn du etwas Bestimmtes lieber lassen solltest, taucht dieses Warnsymbol auf.
Neben dem Elefanten-Symbol findest du wichtige Informationen, die unbedingt in deinem Elefantengedächtnis bleiben sollten.
Dieses Symbol verwenden wir, wenn wir einen hilfreichen Tipp für dich haben, der dir bei einer Aufgabe weiterhelfen kann.
Das Techniker-Symbol bedeutet, dass das, was du gerade tust, auch für Elektronik-Profis wichtig ist.
Hervorgehobene Textteile lenken deine Aufmerksamkeit auf eine Abbildung.
Kapitel 1
Auf die Plätze …
Elektronische Geräte funktionieren nur, wenn sie mit Strom versorgt werden. Das kann zum Beispiel über ein Kabel geschehen, das in einer Steckdose steckt, oder über eine Batterie. Wenn die Batterie irgendwann leer ist, dann funktioniert das Gerät allerdings nicht mehr. Was steckt drin in so einer Batterie, was ist das Geheimnis von elektrischem Strom? Eine spannende Frage …
Von Elektrizität zur Elektrotechnik
An jeder Straßenecke blinkt es. Große Leuchttafeln erzählen uns, was wir als Nächstes kaufen sollen. Und zu Hause flimmern im Fernseher und Computer die neuesten Nachrichten vor sich hin. Das ist Elektrizität, die wir in unserem Alltag nutzen.
Aber auch in der Natur finden wir die Elektrizität: Wenn dunkle Wolken am Himmel ihre Blitze zucken lassen oder Zitteraale Stromstöße erzeugen. Reibungselektrizität kannst du selbst herstellen, wenn du einen aufgeblasenen Luftballon an deinen Haaren reibst: Die Haare stehen dann wild ab. Man sagt, sie laden sich auf. Dieser Effekt wurde vor über 2500 Jahren schon von den Griechen beobachtet.
Der Grieche Thales von Milet entdeckte, dass Bernstein nach dem Abreiben mit einem Tuch kleine Teile wie Wollfusseln anziehen konnte. Von dem griechischen Wort für Bernstein, Elektron, stammen daher auch unsere heutigen Wörter Elektrizität, Elektrotechnik und Elektronik.
Lange Zeit nach der Antike hat sich die Elektrotechnik zur Aufgabe gemacht, Elektrizität näher zu erforschen und ihre Auswirkungen durch das Bauen von Maschinen und Geräten zum Vorteil der Menschen einzusetzen. Elektrotechniker bringen Lampen zum Leuchten, Motoren zum Drehen oder Radios zum Musikspielen.
Die wichtigsten Begriffe dabei sind Strom und Spannung. Beide hast du sicher schon einmal gehört. Aber was ist das überhaupt, und was können wir alles damit anfangen?
Die Elektrotechnik beschäftigt sich mit der Erforschung der Gesetze der Elektrizität und mit der Nutzung von Strom und Spannung in Maschinen und Geräten.
Strom: Wie Wasser, aber trocken
Wenn wir von einer »Strömung im Fluss« sprechen, weiß jeder, was damit gemeint ist. Ein großer Fluss heißt ja auch Strom. Wenn ein Fluss schnell fließt und viel Wasser enthält, dann hat er eine hohe Strömung. Das Gleiche gibt es in der Elektrotechnik. Statt Wasser im Flussbett haben wir ganz kleine Teilchen, die sich in einem Draht bewegen. Wir nennen diese Teilchen Ladungsträger und deren Bewegung Strom. Es gibt zwei unterschiedliche Arten von Ladungsträgern, man nennt sie negativ geladen oder positiv geladen. Negativ geladene Teilchen heißen auch Elektronen. Sie beschreiben den Stromfluss und werden oft als kleine Kreise mit einem Minussymbol darin gemalt.
Fließen wenige Elektronen in einem Draht, dann sprechen wir von einer geringen Stromstärke. Sind es dagegen viele Ladungsträger, so sprechen wir von einer hohen Stromstärke.
Spannung: Der Fluss soll fließen können
Wie fließt ein Fluss? Natürlich nur bergab, denn auf das Wasser wirkt die Erdanziehungskraft. Sie ist die Ursache der Strömung. Alles »will« nach unten: ein Apfel, den ich fallen lasse, oder das Wasser, das bergab fließt.
In der Elektrotechnik gibt es ebenfalls eine Ursache für Stromfluss, diese nennen wir Spannung (auch Potenzialunterschied genannt). Nur wenn Spannung vorhanden ist, bewegen sich die Ladungsträger. Nur dann also fließt Strom.
Du kannst dir eine kleinere oder höhere Spannung so vorstellen, als hättest du zwei obere Wasserbecken in unterschiedlichen Höhen und ein unteres Wasserbecken. Je höher das obere Becken, desto höher ist die Spannung (im Bild »U« genannt). Noch fließt hier kein Wasser: Aber sobald die Becken über Rohrleitungen miteinander verbunden werden, kann Wasser von den oberen Becken in das untere fließen.
Strom und Spannung messen
Menschen, die herausfinden wollen, wie Dinge funktionieren, gehen meistens recht planmäßig vor. Sie sehen sich die Dinge erst einmal genau an und messen ihre Eigenschaften.
Mit einer Uhr kannst du messen, wie lange etwas dauert, zum Beispiel fünf Sekunden. Mit einem Zollstock misst du eine Strecke, zum Beispiel zwei Meter. Man nennt die Begriffe Sekunde und Meter auch Maßeinheiten oder einfach Einheiten. Du notierst dann deine Messergebnisse mit Abkürzungen, »5 s« oder »2 m«. Klar, du kannst Zeit auch in Stunden messen und Entfernung auch in Kilometern. Aber streng genommen könntest du jede Zeitspanne in Sekunden angeben und jede Strecke in Metern. So kannst du Messwerte gut vergleichen.
Auch in der Elektrotechnik wird viel gemessen. Später im Buch machst du das selbst. Uns interessiert, wie groß die Stromstärke oder die Spannung ist. Daher brauchen wir auch für diese beiden Größen Einheiten, damit wir beides messen können. Viele Einheiten in der Elektrotechnik sind nach berühmten Physikern und Physikerinnen benannt, die wichtige Dinge über Strom und Spannung herausgefunden haben.
Die Einheit für Stromstärke heißt Ampere (gesprochen »Ampehr«), zum Andenken an den französischen Physiker André Marie Ampère. Sie wird mit dem Buchstaben A abgekürzt.
Die Einheit für Spannung heißt Volt, zum Andenken an den italienischen Physiker Alessandro Volta. Sie wird mit dem Buchstaben V abgekürzt.
Spannung in der Natur: Wie entsteht ein Blitz?
Durch die Reibung, die der Wind in Gewitterwolken verursacht, werden große Ladungsmengen aufgebaut. Die Oberseite der Wolke, die kalt ist und Eiskristalle enthält, ist positiv geladen. Die Unterseite der Wolke (nahe am Erdboden), die Wassertröpfchen enthält, ist negativ geladen. Wir haben also einen riesigen Potenzialunterschied, manchmal mehrere hundert Millionen Volt. Wenn die Spannung so groß wird, dann wird die Luft in der Wolke schlagartig leitend. Die aufgebaute Spannung entlädt sich durch die Luft. Diese Entladung sehen wir als grellen Blitz und hören sie kurz danach als lauten Donner.
Stromkreis: Ein Bett für den Stromfluss
Ein Fluss braucht außer der Ursache, die ihn zum Fließen bringt, eine Begrenzung, nämlich das Flussbett, in dem er fließen kann, oder eine Rohrleitung. Der elektrische Strom benötigt hierfür Materialien, die Strom leiten können, wie zum Beispiel Kupferdraht. Nur dort können sich Ladungsträger frei bewegen.
Verbinden wir leitende Materialien und elektrische Bauteile (zum Beispiel ein Glühlämpchen), so entsteht das »Flussbett« (die Leitung) für elektrischen Strom. Jetzt fehlt nur noch die Spannung, damit tatsächlich Strom fließt.
Spannung bekommen wir, wenn die Enden der Leitung mit einer Batterie als Spannungsquelle verbunden werden. Man sagt dann, es wird eine Spannung angelegt.
Die Spannung in der Batterie entsteht, weil die positiv und die negativ geladenen Ladungsträger getrennt vorliegen. In einem Bereich der Batterie sind die negativ geladenen Teilchen, die Elektronen. Im anderen Bereich sind die positiv geladenen Teilchen. Jeder der beiden Bereiche hat einen Anschluss oder Pol, sie heißen Minuspol und Pluspol. Die Elektronen sind am Minuspol und wollen zum Pluspol. Sie können aber nur dorthin wandern, wenn beide Pole über eine Leitung verbunden werden.
Nun kann endlich Strom im Flussbett fließen, denn unterschiedlich geladene Ladungsträger ziehen sich an: Die Elektronen fließen vom Minuspol der Batterie durch die leitenden Materialien über die Lampe zum Pluspol der Batterie und bringen so den Draht in der Lampe zum Glühen.
Weil der Strom von der Batterie erst weg und dann wieder zurück zur Batterie fließt (wenn auch zu einem anderen Pol), sprechen wir hier von einem Stromkreis.
Auch wenn wir einen Stecker in eine Steckdose stecken (und das Gerät anschalten), schließen wir einen Stromkreis. Nur dann funktioniert unser Gerät.
