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Laborübung 1
1-1
1. Ablesen eines Universalmessgerätes und Fehlerberechnung
Wie groß ist die angezeigte elektrische Größe in den Bildern 1 bis 6? Mit welchem relativen
Messfehler muss in den sechs Ableseübungen gerechnet werden, wenn die folgenden Güteklassen
auf dem Messgerät angegeben sind?
Gleichspannung, Gleichstrom:
Güteklasse 1,5
Wechselspannung, Wechselstrom:
Güteklasse 2,5
Widerstände: 10 % Fehler vom Messwert im Bereich des verstärkt gezeichneten Skalenbogens.
Messbereich:100 V~
12 Ge, Elektrotechnik
Messbereich: 100 A--
12Ge Labor 1
Laborübung 1
1-2
Messbereich: 1 mA~
Messbereich: 3 V--
Messbereich:
Messbereich:
12 Ge, Elektrotechnik
x1
x 100
12Ge Labor 1
Laborübung 3
3-1
3. Ohmsches Gesetz
Anhand geeigneter Versuchsaufbauten und Messreihen ist das ohmsche Gesetz zu überprüfen.
Die Ergebnisse sind graphisch darzustellen.
Versuch 1: I in Abhängigkeit von U
Versuchsschaltung
Zeichne fachgerecht die Versuchsschaltung. Es sind alle Messinstrumente und Klemmen in die
Versuchsschaltung einzuzeichnen.
Versuchsdurchführung
Weise die Proportionalität zwischen Strom und Spannung an drei verschiedenen Widerständen
nach. Zur Verfügung stehen eine regelbare Spannungsquelle (Spannungsbereich 0 bis 10V
wählen) und drei Widerstände von 1 k 2,2 k , und 4,7 k .
Entwerfe die Tabelle zur Eintragung der Messwerte.
Versuchsauswertung
Vergleiche die Messwerte mit den mittels des ohmschen Gesetz berechneten Werten und
begründe eventuelle Unterschiede.
Trage die Abhängigkeit I = f(U) für die drei Widerstandswerte in ein gemeinsames Diagramm
ein und diskutiere den Kurvenverlauf.
Versuch 2: I in Abhängigkeit von R
Versuchsschaltung
Gleiche Schaltung wie bei Versuch 1
Versuchsdurchführung
Weise die umgekehrte Proportionalität zwischen Strom und Widerstand an zwei verschiedenen
Spannungen; 4V und 8V nach. Zur Verfügung stehen eine regelbare Spannungsquelle und fünf
Widerstände von 100
220 , 470
1 k und 2,2 k .
Versuchsauswertung
Vergleiche die gemessenen Werte mit den berechneten und erkläre eventuelle Unterschiede.
Trage die Abhängigkeit I = f(R) für die zwei Spannungswerte in ein gemeinsames Diagramm ein
und diskutiere den Kurvenverlauf.
Bemerkung: Die Anzahl der Messpunkte in den einzelnen Versuchsreihen soll so ausgewählt sein,
dass man eine über den gesamten Messbereich anschauliche Darstellung erhält.
Vorbereitung:
Messtechnik, Ohmsches Gesetz
12 Ge, Elektrotechnik
12Ge Labor 1
Laborübung 4
4-1
4. Messen der elektrischen Leistung
Anhand geeigneter Versuchsaufbauten und Messreihen ist die Abhängigkeit der elektrischen
Leistung von Spannung und Strom zu untersuchen.
Die Ergebnisse sind grafisch darzustellen.
Versuch 1: Indirekte Leistungsmessung
Versuchsschaltung
Zeichne fachgerecht die Versuchsschaltung zur indirekten Leistungsmessung an einem
Widerstand. Die Spannung soll dabei direkt am Widerstand gemessen werden.
Versuchsdurchführung
Untersuche die Abhängigkeiten P = f(U) und P = f(I) an einem Widerstand. Zur Verfügung
stehen eine regelbare Spannungsquelle und ein Widerstand von 100 .
Entwerfe die Tabelle zur Eintragung der Messwerte.
Versuchsauswertung
Stelle die Abhängigkeiten P = f(U) und P = f(I) grafisch dar und diskutiere die Kurvenverläufe.
Versuch 2: Direkte Leistungsmessung
Versuchsschaltung
Zeichne fachgerecht die Versuchsschaltung zur direkten Leistungsmessung an einem
Widerstand.
Versuchsdurchführung
Untersuche die Abhängigkeiten P = f(U) und P = f(I) an einem Widerstand. Zur Verfügung
stehen eine regelbare Spannungsquelle 0 bis und ein Widerstand von 100 . Achte darauf, dass
weder der Strom- noch der Spannungspfad des W-Meters überlastet wird. Die Strom- und
Spannungsmesswerte aus Versuch 1 sollen dabei als Richtwerte dienen.
Entwerfe die Tabelle zur Eintragung der Messwerte.
Versuchsauswertung
Trage die Abhängigkeiten P = f(U) und P = f(I) in ein Diagramm ein.
Bemerkung:
Die Anzahl der Messpunkte in den einzelnen Versuchsreihen soll so ausgewählt
sein, dass man eine über den gesamten Messbereich anschauliche Darstellung
erhält.
Vorbereitung: Messtechnik, Energieumsetzung im elektrischen Stromkreis
12 Ge, Elektrotechnik
12Ge Labor 1
Laborübung 5
5-1
5. Reihenschaltung von Widerständen
Anhand geeigneter Versuchsaufbauten sind die folgenden Gesetze der Reihenschaltung zu
untersuchen.
I = konstant
n
U
Ui
i 1
n
R
Ri
i 1
Ux
Uy
Rx
Ry
(an mindestens zwei verschiedenen Verhältnissen)
Versuch:
Versuchsschaltung
Zeichne fachgerecht die Versuchsschaltung(en) für zwei Widerstände R1 und R2. Es sind alle
Spannungen und Ströme einzutragen.
Versuchsdurchführung
Zur Durchführung des Versuchs stehen folgende Geräte bzw. Bauteile zur Verfügung:
regelbare Gleichspannungsquelle
drei Vielfachmessgeräte
zwei Widerstände 220 und 470 .
Die Spannung an der Reihenschaltung soll vor jeder Messung auf 10V eingestellt werden.
Entwerfe die Tabelle(n) zur Eintragung der Messwerte.
Versuchsauswertung
Beweise die Richtigkeit der Gesetze mit Hilfe der Messwerte.
Vorbereitung:
Kirchhoffsche Gesetze und Widerstandsschaltungen.
12 Ge, Elektrotechnik
12Ge Labor 1
Laborübung 6
6-1
6. Parallelschaltung
Anhand geeigneter Versuchsaufbauten sind die folgenden Gesetze der Parallelschaltung zu
untersuchen.
U = konstant
n
I
Ii
i 1
n
G
Gi
i 1
Ix
Iy
Gx
Gy
(an mindestens zwei verschiedenen Verhältnissen)
Versuch:
Versuchsschaltung
Zeichne fachgerecht die Versuchsschaltung(en) für zwei Widerstände R1 und R2. Es sind alle
Spannungen und Ströme einzutragen.
Versuchsdurchführung
Zur Durchführung des Versuchs stehen folgende Geräte bzw. Bauteile zur Verfügung:
regelbare Gleichspannungsquelle
drei Vielfachmessgeräte
zwei Widerstände 220 und 470 .
Die Spannung an der Parallelschaltung soll vor jeder Messung auf 10V eingestellt werden.
Entwerfe die Tabelle(n) zur Eintragung der Messwerte.
Versuchsauswertung
Beweise die Richtigkeit der Gesetze mit Hilfe der Messwerte.
Vorbereitung: Kirchhoffsche Gesetze und Widerstandsschaltungen.
12 Ge, Elektrotechnik
12Ge Labor 1
Laborübung 7
7-1
7. Der Spannungsteiler
Einführung:
In der Elektrotechnik und Elektronik tritt häufig der Fall auf, dass die zur Verfügung stehende, feste
Betriebsspannung zu hoch für den Anschluss bestimmter Verbraucher ist.
Sollen diese Verbraucher trotzdem an die Betriebsspannung angeschlossen werden, so muss diese
herabgesetzt werden.
Eine Möglichkeit hierzu bietet der sogenannte Spannungsteiler (Potentiometer).
R1
Ug
Schleifer
R1
U1
R2
U2
Ug
Rg
R2
U2
Beim Spannungsteiler kann man die Ausgangsspannung U2 kontinuierlich verändern. Dies erfolgt
mit Hilfe eines beweglichen Schleifkontaktes, der den Gesamtwiderstand Rg in die beiden
Teilwiderstände R1 und R2 aufteilt. Es entstehen zwei Teilspannungen U1 und U2, wobei U2 als
Ausgangsspannung dient. An die Ausgangsspannung wird der Lastwiderstand RL angeschlossen.
Rg
Ug
U2
12 Ge, Elektrotechnik
RL
12Ge Labor 1
Laborübung 7
7-2
Versuch:
Ein Spannungsteiler (Potentiometer) mit einem Gesamtwiderstand von Rg = 10k wird an eine
konstante Gleichspannung Ug = 10V gelegt.
Die Ausgangsspannung U2 wird in Abhängigkeit von der Schleiferstellung des Potentiometers
gemessen. Die Messungen werden für verschiedene Lastwiderstände RL wiederholt.
Versuchsschaltung
Zeichne fachgerecht die Versuchsschaltung.
Versuchsdurchführung
Nehme für jeden Belastungswiderstand die Abhängigkeit U2 = f(Schleiferstellung) auf und trage
die Messwerte in eine geeignete Messtabelle ein.
Schleiferstellungen: 0 ; 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; 10 (am Potentiometer aufgedruckt)
Lastwiderstände RL:
(Leerlauf) ; 2,2k
; 1k
; 330
Versuchsauswertung
Trage die Abhängigkeit U2 = f(Schleiferstellung) mit RL als Parameter in ein Diagramm ein.
Das Diagramm ist mit Hilfe von EXCEL zu erstellen. Die Tabelle sowie das Diagramm
werden dabei auf dem gleichen Arbeitsblatt erstellt.
Leite eine Formel für die Ausgangsspannung U20 in Abhängigkeit der Größen Ug, R1, und
R2 her, für den Fall, wo RL = (Leerlauf) gilt.
Leite eine Formel für die Ausgangsspannung U2 in Abhängigkeit der Größen Ug, R1, R2 und
RL her, für den Fall, wo RL = endlich ist.
Beschreibe was mit der Ausgangsspannung U2 passiert, wenn der Belastungswiderstand RL
ausgehend von
verkleinert wird (bei gleicher Schleiferstellung).
Begründe die Feststellung mit Hilfe der hergeleiteten Formeln.
Vorbereitung: Kapitel 6
12 Ge, Elektrotechnik
12Ge Labor 1
Laborübung 9
8-1
8. Spannungsquellen
Aufgabenstellung
Mit Hilfe von geeigneten Messungen und Berechnungen sollen die Leerlaufspannung, der
Innenwiderstand sowie der Kurzschlussstrom einer gegebenen Batterie ermittelt werden.
Für die Belastung der Batterie stehen Belastungswiderstände von 50 und 10 zur Verfügung.
Der Versuch wird in einer Laboreinheit durchgeführt und ein vollständiger Bericht ist am Ende der
Stunde abzugeben.
Der Laborbericht muss folgende Teile beinhalten:
Versuchsschaltung (en) mit ESB der Batterie
Messwerte
vollständige Belastungskennlinie mit den Maßstäben 0,5V / cm und 0,25A / cm
mathematische Gleichung der Kennlinie
Ermittlung der Kennwerte
Außerdem sollen folgende theoretische Fragen genau beantwortet werden:
Wie verändern sich Leerlaufspannung, Innenwiderstand und Kurzschlussstrom, wenn 3 Batterien
in Reihe geschaltet werden?
Wie verändern sich Leerlaufspannung, Innenwiderstand und Kurzschlussstrom, wenn 3 Batterien
parallel geschaltet werden?
Achtung: Die Batterie darf in keinem Fall kurzgeschlossen werden. Damit die Batterie während
der Messungen nur kurzzeitig belastet wird, muss im Versuchsaufbau ein Taster
vorgesehen werden.
Bei Kurzschluss der Batterie oder anderen leichtsinnigen Fehlern werden mindestens 5
Punkte abgezogen.
Die Übung wird in Gruppenarbeit oder alleine vollkommen selbständig durchgeführt.
Gespräche mit anderen Gruppen sind nicht erlaubt. Kursunterlagen sowie
Vorbereitungsunterlagen sind während des Übungsablaufs nicht erlaubt.
Vorbereitung: Kapitel 8 (Spannungsquellen)
12 Ge, Elektrotechnik
12Ge Labor 1
Laborübung 9
9-1
9. Indirekte Widerstandsmessung mit V- und A-Meter
Aufgabenstellung
Zwei Widerstände mit den Nennwerten 10
1% und 1M
1% sollen einmal mit der
Spannungsfehlerschaltung und einmal mit der Stromfehlerschaltung nachgemessen werden.
Der Versuch ist genau nach der folgenden Beschreibung durchzuführen:
Versuchsdurchführung für R = 10 :
Messbereich V-Meter auf 1V (RiV = 10M ) einstellen.
Messbereich A-Meter auf 100mA (RiA = 1,2 ) einstellen.
In beiden Versuchsschaltungen die Spannung vorsichtig erhöhen, bis ein Messinstrument
Vollausschlag anzeigt.
U und I ablesen und aufschreiben.
Versuchsdurchführung für R = 1M :
Messbereich V-Meter auf 10V (RiV = 10M ) einstellen.
Messbereich A-Meter auf 10µA (RiA = 10k ) einstellen.
In beiden Versuchsschaltungen die Spannung vorsichtig erhöhen, bis ein Messinstrument
Vollausschlag anzeigt.
U und I ablesen und aufschreiben.
Der Laborbericht muss folgende Teile beinhalten:
fachgerechte Versuchsschaltungen
Messtabellen
Auswertung
Hinweise zur Auswertung:
Aus den Messwerten von U und I ist jeweils der gemessene Widerstandswert RM zu ermitteln.
Mit Hilfe des gemessenen Wertes RM und mit den Innenwiderständen der Messgeräte ist jeweils
der tatsächliche Wert von R zu berechnen.
Mit Hilfe der Messergebnisse ist zu begründen, welche Messschaltung am besten für große bzw.
kleine Widerstandswerte geeignet ist.
Vorbereitung: Kapitel 7.4
Achtung: Die Übung wird in Gruppenarbeit oder alleine vollkommen selbständig
durchgeführt. Gespräche mit anderen Gruppen sind nicht erlaubt. Kursunterlagen
sowie Vorbereitungsunterlagen sind während des Übungsablaufs nicht erlaubt.
12 Ge, Elektrotechnik
12Ge Labor 1
Laborübung 10
10-1
10. Lade- und Entladevorgang beim Kondensator
Hinweis: Bei dem hier verwendeten Elektrolytkondensator muss unbedingt auf die richtige Polung geachtet werden.
In diesem Versuch sollen die Eigenschaften des Kondensators im Gleichstromkreis beim Laden und
beim Entladen untersucht werden.
Versuch:
1. Baue eine Messschaltung nach dem
vorgegebenen Stromlaufplan mit
R = 1k und C = 4700µF auf. Stelle
das A-Meter auf den Messbereich
10mA und das V-Meter auf den
Messbereich 10V ein.
2. Bringe den Schalter in die Position a (Entladestellung) und stelle an der Spannungsquelle eine
Spannung von 10V ein.
3. Ladevorgang:
Bringe den Schalter in die eingezeichnete Ladestellung, messe den Kondensatorstrom und die
Kondensatorspannung in Abhängigkeit von der Zeit (z.B. alle 5s) und trage die Messwerte in
eine Tabelle ein.
Hinweis: Der Ladevorgang kann jederzeit wiederholt werden, nachdem der Kondensator über die Entladestellung
a entladen wurde. Während dem Entladen muss das A-Meter wegen der umgekehrten Stromrichtung
kurzgeschlossen werden.
4. Entladevorgang:
Pole den Strommesser um (wichtig!). Bringe den Schalter in die Entladestellung a und messe
den Kondensatorstrom und die Kondensatorspannung in Abhängigkeit von der Zeit (z.B. alle
5s).
Hinweis: Der Entladevorgang kann jederzeit wiederholt werden, nachdem der Kondensator über die Ladestellung
aufgeladen wurde. Während dem Aufladen muss das A-Meter wegen der umgekehrten Stromrichtung
kurzgeschlossen werden.
5. Stelle den zeitlichen Verlauf des Stromes und der Spannung beim Lade- und Entladevorgang
eines Kondensators zeichnerisch dar.
6. Beschreibe den Strom- und Spannungsverlauf während der Lade- und Entladezeit des
Kondensators.
7. Welchen Widerstand stellt der Kondensator für die Spannungsquelle im ungeladenen bzw. im
aufgeladenen Zustand dar? Begründe!
8. Messe die Lade- und Entladezeiten für die folgenden Wertekombinationen von R und C und
trage sie in eine Tabelle ein. Stelle dabei das A-Meter auf den Messbereich 100 mA.
R = 1k , C = 4700µF
R = 0,47k , C = 4700µF
R = 1k , C = 2200µF
R = 0,47k , C = 2200µF
9. Welchen Einfluss haben Widerstand und Kapazität auf die Lade- bzw. Entladezeit des
Kondensators?
Vorbereitung:
12 Ge, Elektrotechnik
Kapitel 9.6
12Ge Labor 1