E 2 - Ohmsches Gesetz

16. 2. 08
PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR ANFÄNGER
LGyGe
E 2 - Ohmsches Gesetz
Versuch:
1.
Grundlagen
Leitfähigkeit (Zusammenhang zwischen Stromdichte und elektrischer
Feldstärke); das Ohmsche Gesetz als wichtiger Spezialfall (Widerstand und
Leitwert); Kirchhoffsche Gesetze; Messung eines Widerstandes mit Hilfe einer
Wheatstone-Brücke (Spannungsteilerschaltung); Messung des Innenwiderstandes
eines Strom- und Spannungsmessers; Strom- und Spannungsfehlerschaltung bei
der Messung eines Widerstandes.
Literatur
Walcher:
Gerthsen-Kneser-Vogel
Praktikum der Physik, Kap.: Elektrizitätslehre,
Grundlagen, Widerstand, Leitwert
:Physik ; Kap.: Gleichströme
aus dem Netz der Universität
Alonso-Finn:
Paul A. Tipler
2.
http://dx.doi.org/10.1007/3-540-29973-4
Physik, Kapitel über elektrische Stromkreise
Physik für Wissenschaftler und Ingenieure
Teil 4: Elektrizität und Magnetismus
Experiment
Geräte:
Netzgerät (Semiprofi 5000),
2 Drehspulinstrumente (Elavi 16S oder Multavi 8n),
1 Digitalmultimeter,
Wheatstone-Brücke,
Widerstandswürfel,
Widerstände (wichtige Widerstände: 1kΩ, 10kΩ, 100kΩ)
2.1)
a.) Bestimmen Sie den Widerstand eines Spannungsmessers (Elavi 16 S, bzw.
Multavi 8n) für verschiedene Spannungsbereiche 3 Volt bis 30 Volt
Besprechen Sie die dafür benötigte Schaltung mit Ihrem Betreuer. Wieso
benötigt man keinen Schutzwiderstand wie er in Aufgabe b.) zur Bestimmung
des Widerstandes eines Strommessers benötigt wird?
Benutzen möglichst zwei baugleiche Analogmultimeter.
b.) Bestimmen Sie den Widerstand eines Strommessers für Ströme bis etwa 30
mA unter Verwendung folgender Schaltung.
A
R
V
Wählen Sie den Schutzwiderstand entsprechend dem Messbereich des und der
gewählten Spannung. Die Spannung wird so gewählt, dass ein möglichst großer
Ausschlag des Analogmultimeters erzielt wird (Wahl der Spannung zwischen 10
Volt und 30 Volt). Frage: Wie hoch wird der gewählte Schutzwiderstand
thermisch belastet? Kann die Belastung zu einer Zerstörung des
Schutzwiderstandes führen?
2.2) Bestimmen Sie zwei unbekannte Widerstände (großer Widerstand etwa 100 kΩ
und ein kleiner etwa 1 KΩ ) sowohl mit der Stromfehlerschaltung als auch mit
der Spannungsfehlerschaltung unter Berücksichtigung des Innenwiderstandes der
Messgeräte.
2.2) Bestimmen Sie den Widerstand eines Widerstandswürfels durch Strom- und
Spannungsmessung unter Berücksichtigung des Innenwiderstandes der
Meßgeräte (die Anschlüsse für den Widerstand sollen dabei raumdiagonal
gegenüberliegen).
Führen Sie die Messung mit zwei unterschiedlichen Schaltungen durch
(Stromfehlermessung und Spannungsfehlermessung).
2.3) Messen Sie denselben unbekannten Widerstand mit Hilfe einer WheatstoneBrücke aus.
Verwenden Sie dazu zwei Widerstandsdekaden und einen festen Widerstand.
3.
Auswertung
3.1) Vergleichen Sie die gemessenen Innenwiderstände mit den Werten im Datenblatt.
3.2) Vergleichen Sie die gemessenen Meßwerte zu 2.2) und 2.3) (Fehlerrechnung!)
auch mit dem Wert, der sich durch eine Analyse des Widerstandsnetzwerks bei
bekanntem Einzelwiderstand (mittels Farbcode bestimmen!) ergibt. Gehen Sie
dazu von folgendem Ersatzschaltbild für den Widerstandswürfel aus (wieso?).
Führen Sie auch dazu eine Fehlerrechnung durch (den Fehler eines Einzelwiderstands können Sie aus dem Farbcode ablesen!)
4. Innenwiderstände der Messgeräte
• Voltcraft GS 6520
Der Innenwiderstand beträgt 10 MΩ für alle Spannungs-Messbereiche.
•
Multavi 7, 8n:
s. Tabelle auf der Rückseite der Gehäuse (Werte R_ für Gleichstrom/-spannung
verwenden!)
•
Elavi 16S
Messbereich
(mA)
Innenwiderstand RA
(Ω)
300
0,473
30
3,5
3
33,5
0,3
333
Messbereich
(V)
0,1
Innenwiderstand RV
(kΩ)
1
0,3
3
1
10
3
30
10
100
30
300
Anlage:
Fehlerrechnung zur Bestimmung des Widerstands des Widerstandswürfels