Demo-Exp. Lös. Glas leitet den Strom

ForscherInnenwerkstatt Physik Graz, 11-­‐2013 Sponsored by Demonstrationsexperiment Lösung
Leitet Glas den elektrischen Strom?
1. Beschreibe das Ergebnis des Versuches:
Man verwendet diese Schaltung (eventuell ohne Voltmeter):
Das Glas wird mit dem Gasbrenner erwärmt, bis es weich wird. Dann entfernt man den Gasbrenner. Bei
eingeschalteter Spannung beginnt das Glas immer intensiver weiß zu leuchten, bis es so heiß ist, dass das
Glas schmilzt und den Strom unterbricht.
2. Erklärung:
Bei Normaltemperatur leitet Glas den elektrischen Strom nicht (sehr hoher spezifischer Widerstand). Bei
starker Erwärmung bis das Glas weich wird, nimmt die Zahl der beweglichen Ladungsträger zu, der
Widerstand nimmt ab (man nennt dieses Verhalten NTC, negativer Temperatur-Koeffizient). Der Strom
steigt an und erwärmt das Glas noch weiter. Durch die große Hitzeentwicklung beginnt das Glas zu
leuchten. Schließlich wird das Glas flüssig und unterbricht den Stromkreis. Der Vorwiderstand ist nötig,
damit die stark ansteigende Stromstärke vor dem Durchschmelzen begrenzt wird. Ansonsten könnte eine
Raumsicherung den gesamten Strom abschalten, um einen Kurzschluss zu verhindern.
Nur für SpezialistInnen:
Man misst z. B. U=230V sowie beim Voltmeter UR=1,5V , der Widerstand hat R=10Ω .
Wir berechnen den Widerstand Rg des Glasröhrchens: Der Spannungsabfall ist proportional zum jeweiligen
Widerstand: Rg/10Ω = (230 V — 1, 5V)/1,5 V. Damit ist der Widerstand des Glasröhrchens Rg ~ 1, 5 kΩ.
Als nächstes berechnen wir den Gesamtwiderstand Rges und den Gesamtstrom Iges :
Der Gesamtwiderstand ist Rges = R + Rg ~ 1, 5 kΩ. Der Strom ist dann I = U/Rges ~ 0,15 A.
Zuletzt berechnen wir die Leistung beim Glasröhrchen:
Die elektrische Leistung ist P = UI = (230 V — 1, 5 V)• 0,15 A ≈ 34 W.