Versuch: E 1 - Grundversuche Elektrizitätslehre

23. 02. 08
PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR ANFÄNGER
LGyGe
Versuch: E 1 - Grundversuche Elektrizitätslehre
Mit diesem Versuch sollen Sie in die Messung elektrischer Grundgrößen (Strom und
Spannung) mit Hilfe eines Vielfachinstruments und eines Oszilloskops eingeführt
werden.
1.
Grundlagen
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•
Begriffe von Strom und Spannung;
Festlegung der Einheiten;
Wechselstrom- und Wechselspannung (Scheitel- und Effektivwerte);
Funktionsweise eines Drehspulinstruments (interne Schaltung,
Drehspulprinzip) und seine Schaltung als Strom- und Spannungsmesser;
Funktionsweise eines Oszilloskops (Darstellung einer zeitabhängigen Spannung auf dem Schirm). Erzeugung eines stehenden Bildes (Triggerprinzip),
Diodenkennlinie, Gleichrichter,
das Verhalten eines Kondensators im Wechselstromkreis,
das Ohm’sche Gesetz.
Literatur
Gerthsen-Kneser-Vogel: Physik; Kap.: Elektrizität und Elektrodynamik
aus dem Netz der Universität http://dx.doi.org/10.1007/3-540-29973-4
P. A. Tipler:
W. Walcher:
Physik; Kap.: Elektrizität und Magnetismus
Praktikum der Physik; Kapitel: Elektrizitätslehre,
Messinstrumente und Messungen mit dem
Elektronenstrahl-Oszillographen
Und jedes andere Lehrbuch über die Grundlagen der Physik.
2.
Experiment
Hinweis:
Die Geräte nicht vor Überprüfung der Schaltung
durch den Assistenten einschalten!
Geräte: 1 Oszilloskop,
1 Vielfachinstrument,
1 Digitalmultimeter,
1 Leybold Sinusgenerator, erdfrei
1 Steckbrett mit Bauelementen.
2.1) Stellen Sie die Spannung des Funktionsgenerators auf dem Oszilloskopschirm
dar.
Es gibt Einstellungen der Stellung des Triggerschalters bei der Sie kein stehendes
Bild erhalten. (z.B. HF mit AT/Norm[aus]). Unter der Einstellung LF und
AT[an] können Sie mit dem Drehknopf „level“ und dem Schalter „+/-“ die
Triggerschwelle variieren. Diskutieren Sie die Beobachtung mit Ihrem Betreuer!
Stellen Sie eine feste Scheitelspannung U0 (U0 ≈ 6 Volt) ein. Wie groß ist die
Spannung Spitze-Spitze USS
USS =
Wie groß ist die Frequenz f der Wechselspannung?
(Bestimmen Sie die Frequenz mit dem Oszilloskop)
f=
Messen Sie die Spannung an der Quelle zusätzlich sowohl mit einem Vielfachinstrument als auch einem Digitalmultimeter, und zwar sowohl im Wechselspannungsmessbereich (U≈) als auch im Gleichspannungsmessbereich (U=). Tragen
Sie diese Messwerte sowie den schematischen Spannungsverlauf U(t) in das
Meßblatt ein. (Achtung, achten Sie auf die Achsenbeschriftung!!!)
Bild auf Oszilloskopschirm
Anzeige
Analog
Digital
U≈ /V
U≈ /V
U= /V
U= /V
Messungen
an der
Quelle
Messen Sie mit dem Multimeter (PeakTech 3050) für einen Frequenzbereich von
1 Hz – 20 kHz die Effektivspannung des Multimeters in Abhängigkeit von der
Ausgangsfrequenz des Sinusgenerators bei fester Ausgangsspannung.
Überprüfen Sie die Ausgangsspannung des Sinusgenerators mit dem
Oszilloskop. Tragen Sie die Effektivspannung gegen die Frequenz auf
(halblogarithmisches Papier). Zeichnen Sie Fehlerbalken ein.
2.2) a) Bauen Sie eine Einweggleichrichtung auf:
Benutzen Sie den Leybold Sinusgenerator (die Ausgänge sind erdfrei!).
∼
A
B
Messen Sie wie in 2.1) mit Oszilloskop, Vielfachinstrument und Digitalmultimeter die Spannung zwischen den Punkten A und B und tragen Sie die Ergebnisse
in das Meßblatt ein.
Bild auf Oszilloskopschirm
Messungen
am Einweggleichrichter
AC
Bild auf Oszilloskopschirm
Messungen
am Einweggleichrichter
DC
Anzeige
Analog
Digital
U≈ /V
U≈ /V
Anzeige
Analog
Digital
U= /V
U= /V
Erklären Sie den Unterschied zwischen "AC" und "DC".
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b) Ersetzen Sie den
A
A
Einweggleichrichter
B
durch einen
Zweiweggleichrichter
B
und tragen Sie die entsprechenden Messungen ein. Erklären Sie die Unterschiede!
Bild auf Oszilloskopschirm
Messungen
am Zweiweggleichrichter
AC
Bild auf Oszilloskopschirm
Messungen
am Zweiweggleichrichter
DC
Anzeige
Analog
Digital
U≈ /V
U≈ /V
Anzeige
Analog
Digital
U= /V
U= /V
Unterschiede zwischen "AC" und "DC":
________________________________________________________________
2.3) Schalten Sie parallel zu den Lämpchen einen Kondensator und messen Sie den
Gleich- und Wechselspannungsanteil mit dem Oszilloskop und den Gleich- und
Wechselstromanteil (vom Lämpchen) mit dem Vielfachmeßgerät bzw.
Digitalmultimeter.
Oszilloskop
Digitalmultimeter
UL= = __________ UL≈ = __________
IL= = __________
Digitalmultimeter
IL≈ = __________
Vielfachmessgerät
IL= = __________
Der Lampenwiderstand beträgt:
R=
UL
= __________
IL
2.4) Ersetzen Sie das Lämpchen durch einen Widerstand und messen Sie den Gleichund Wechselspannungsanteil mit dem Oszilloskop und den Gleich- und
Wechselstromanteil (vom Widerstand) mit dem Vielfachmessgerät bzw.
Digitalmultimeter. Bestimmen Sie den Widerstand durch die Strom- und
Spannungsmessung sowie den Widerstand durch die „Ohm-Messung“ mit dem
Digitalmultimeter.
R= __________(abgelesen)
Oszilloskop
Digitalmultimeter
UR= =_______ UR≈ =_______ IR= =_______
Vielfachmessgerät
IR≈ =_______
Vielfachmeßgerät
IR= =_________
R=
3.
Digitalmultimeter
IR≈ =_______
UR
= ___________(gemessen)
IR
Auswertung (auf zusätzlichem Blatt)
3.1) Berechnen Sie mit Hilfe der Oszillographenbilder zu 2.1) und 2.2) die
Effektivspannung
U eff =
1 T 2
⋅ U (t )dt
T ∫0
und die
T
mittlere Spannung
U =
1
U (t )dt
T ∫0
durch Ausrechnung der Integrale, vernachlässigen Sie, dass die Dioden erst bei
etwa 0,7 Volt durchschalten!
Vergleichen Sie diese rechnerischen Werte mit den entsprechenden Werten, die
Sie mit dem Vielfachmessgerät bzw. Digitalmultimeter ermittelt haben.
3.2) Die Effektivspannung können Sie sowohl mit dem Vielfachinstrument bzw.
Digitalmultimeter als auch (über die Scheitelspannung) mit dem Oszilloskop
messen. Welche Messung ist genauer (systematischer Fehler!)?