TEP Ohmsches Gesetz mit Cobra4 Mobile-Link
Werbung
Ohmsches Gesetz mit Cobra4 Mobile-Link TEP Verwandte Begriffe Ohmsches Gesetz, spezifischer elektrischer Widerstand, Kontaktwiderstand, Leitfähigkeit, Leistung und Arbeit Prinzip Der Zusammenhang zwischen elektrischer Spannung und Stromstärke wird anhand unterschiedlicher Widerstände gemessen. Der Widerstand ist der Quotient von Spannung und Stromstärke und wird in Abhängigkeit von der Stromstärke gemessen. Im Falle einer Glühbirne führt eine höhere Stromstärke zu einem Anstieg der Temperatur, was wiederum in einem erheblich höheren Widerstand resultiert. Material 1 Cobra4 Mobile-Link inkl. Zubehör 1 Cobra4 Sensor-Unit Energy Digitaler Funktionsgenerator, USB, inkl. Cobra41 Software 1 Schaltkasten 1 Widerstand 100 Ω, 1 W 1 Widerstand 220 Ω, 1 W 1 Widerstand 330 Ω, 1 W 1 Lampenfassung E10 1 Glühlampen, 12 V/0,1 A, E10, 10 Stück 2 Verbindungsleitung, l = 500 mm, rot 2 Verbindungsleitung, l = 500 mm, blau 12620-10 12656-00 13654-99 06030-23 39104-63 39104-64 39104-13 17049-00 07505-03 07631-01 07631-04 Zusätzlich wird benötigt 1 PC mit USB-Schnittstelle, Windows XP oder höher Abb. 1: Versuchsaufbau www.phywe.com P2410162 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 1 TEP Ohmsches Gesetz mit Cobra4 Mobile-Link Aufbau und Durchführung Der Versuchsaufbau ist in Abb. 1 dargestellt. Stecken Sie den Cobra4 Wireless-Link in die USB-Schnittstelle des Computers und stecken Sie die Cobra4 Sensor-Unit Energy auf den Mobile-Link. Schließen Sie den digitalen Funktionsgenerator an die Sensor-Unit und die USB-Schnittstelle des Computers an. Laden Sie den Versuch „Ohmsches Gesetz“. („Experiment“ „Experiment öffnen“). Es werden nun alle für die Messwertaufnahme benötigten Voreinstellungen geladen. Abb. 2: Strom-Kennlinie einer Glühbirne Klicken Sie zum Starten der Messung in der Symbolleiste auf dargestellt. . In Abb. 2 ist eine Beispielmessung 2. Widerstandsmessung Setzen Sie nun anstelle der Glühbirne einen Widerstand ein. Nehmen Sie erneut eine Kurve auf. Mit „Messung“ „Messkanal übernehmen...“ können Sie mehrere Kennlinien in einem Diagramm zusammenfassen. Die Kennlinien können wie folgt aussehen (siehe Abb. 3 und 4): Abb. 3: Strom-Spannungs-Kennlinie von handelsüblichen Widerständen 2 Abb. 4: Die Leistung wurde in Form von Wärme in den Widerständen abgeführt. PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved P2410162 Ohmsches Gesetz mit Cobra4 Mobile-Link TEP Theorie und Auswertung 1. Glühbirne Mit Hilfe der Funktion „Regression“ der „measure“ Software kann der Widerstand der Glühbirne für unterschiedliche angelegte Spannungen bestimmt werden. So beträgt die Steigung einer langsam gemessenen Kurve im Bereich von null Volt 90 mA/V. Somit beträgt der Widerstand der Glühbirne 11,1 Ohm bei Raumtemperatur. Eine Überprüfung mit einem Ohmmeter ergibt einen Wert von 11,2 Ohm. Im Bereich von 9 Volt beträgt die Steigung 5,6 mA/V und der Widerstand 179 Ohm. Dieser Wert liegt sechzehn Mal höher als der Widerstand bei Raumtemperatur. Die Kurve ist aufgrund der Wärmekapazität der Glühbirne nicht symmetrisch. Wenn die Spannung erhöht wird, wird ein Teil der Energie für die Erwärmung der Glühbirne genutzt. Die Temperatur ist somit nicht dieselbe wie bei identischen Spannungswert, wenn die Spannung verringert wird. Wenn die Kurve sehr langsam aufgezeichnet wird, ist die Annäherung an das thermische Gleichgewicht besser und der Verlauf der Kurve wird symmetrischer (Abb. 6). Sie können dies erreichen, indem Sie den Parameter „Pausendauer“ des Funktionsgenerators auf einige Sekunden setzen (Abb. 5). Der Anstieg des Widerstandstands in Metallen als Funktion der Temperatur ist auf Elektronenstreuung Abb. 5: Einstellungen des Funktionsgenerators an Photonen, den Quanten der Kristallgitterschwingungen, zurückzuführen. Der Anstieg ist nur für kleine Temperaturänderungen linear. Abb. 6: Mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aufgezeichnete Kurven www.phywe.com P2410162 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 3 TEP Ohmsches Gesetz mit Cobra4 Mobile-Link 2. Widerstände Widerstände für industrielle Anwendungen sind in der Regel Metallschicht- oder Kohlewiderstände. Ihr Temperaturkoeffizient liegt in der Regel in der Größenordnung von 0,025 %/K oder 0,0125 %/K. Die für sie spezifizierte zulässige Verlustleistung ist gewählt, dass sie sich nicht stark erwärmen. Hier ist keine Abweichung von der Linearität erkennbar. Der Widerstand bleibt über den gesamten Messbereich konstant und folgt dem Ohmschen Gesetz mit dem Widerstand R, der Stromstärke I und der Spannung U. Die mit Hilfe der Funktion „Regression“ ausgelesenen Steigungswerte betragen für den 330-Ohm-Widerstand: 3,04 mA/V 220-Ohm-Widerstand: 4,65 mA/V 100-Ohm-Widerstand: 10,14 mA/V Dies führt jeweils zu Widerstandswerten von 329 Ohm, 215 Ohm und 98,6 Ohm. Das entspricht gut den Herstellerdaten und der 5%igen Toleranz. 4 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved P2410162
