Messdaten Versuch 4 und Hinweise – Ohmsches Gesetz

Messdaten Versuch 4 und Hinweise – Ohmsches Gesetz
Versuchsteil 1:
Hier haben wir für einen Widerstand R die Stromstärke I für Spannungen U zwischen 1 V und 10 V
gemessen. Für den Aufbau der Schaltung, siehe Versuchsbeschreibung Abb. 1.
Messdaten:
Rtheo = 4,7 kΩ = 4700 Ω
U [V]
I [A]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,0002
0,0004
0,0006
0,0008
0,0010
0,0012
0,0014
0,0016
0,0018
0,0020
Danach haben wir den Widerstand gegen eine Glühbirne getauscht. Da die Glühbirne nur bis U = 4 V
ausgelegt ist, haben wir in 0,5 V Schritten bis 4 V gemessen.
U [V]
I [A]
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0,0105
0,0155
0,0200
0,0232
0,0270
0,0310
0,0340
0,0365
Versuchsteil 2:
Hier haben wir eine Reihenschaltung der Widerstände vorgenommen (siehe Abb. 2
der Versuchsbeschreibung) und eine feste Spannung von U0 = 10 V mit dem
Schiebewiderstand eingestellt. Hier haben wir die Ströme vor den Widerständen I+,
zwischen den Widerständen I12 und hinter den Widerständen I- gemessen.
Außerdem haben wir die Spannungen U1 gemessen die über dem Widerstand R1
abfällt und die Spannung U2 die über dem Widerstand R2 abfällt.
Messdaten:
R1_theo = 4,7 kΩ = 4700 Ω
R2_theo = 3,01 kΩ = 3010 Ω
U0 = 10 V
I+ [A]
I12 [A]
I- [A]
U1 [V]
U2 [V]
0,0012
0,0012
0,0012
5,8
3,5
Versuchsteil 3:
Hier haben wir eine Parallelschaltung der Widerstände vorgenommen (siehe
Abb. 3 der Versuchsbeschreibung) und eine feste Spannung von U0 = 10 V
mit dem Schiebewiderstand eingestellt. Hier haben wir die Ströme vor den
Widerständen I+, vor dem ersten Widerstand I1 ,vor dem zweiten Widerstand I2
und hinter den Widerständen I- gemessen. Außerdem haben wir die
Spannungen U1 gemessen die über dem Widerstand R1 abfällt und die
Spannung U2 die über dem Widerstand R2 abfällt.
Messdaten:
R1_theo = 4,7 kΩ = 4700 Ω
R2_theo = 3,01 kΩ = 3010 Ω
U0 = 10 V
I+ [A]
I1 [A]
I2 [A]
I- [A]
U1 [V]
U2 [V]
0,005
0,0019
0,0026
0,005
10,0
10,0
Hinweise zur Auswertung
Teil 1:
●
●
●
3 Diagramme sind zu zeichnen, ein U-I Diagramm jeweils für den Widerstand und die Glühbirne. Ein
Diagramm I-R für die Glühbirne
Um das I-R Diagramm der Glühbirne zeichnen zu können, muss für jede Spannung der Widerstand
mittel R = U/I gemessen werden. Erstellt also eine Tabelle mit den Werten U, I und R
Im U-I Diagramm des Widerstands ist eine Ausgleichsgerade einzuzeichnen. Steigung s ablesen.
Aus der Steigung s = ΔI/ΔU kann man den Widerstand R = 1/s bestimmen. Wie stark unterscheidet
sich dieser Wert vom theoretischen Wert Rtheo = 4700 Ω ?
Teil 2 – Reihenschaltung:
● Überprüfe ob die Ströme gleich sind (I+, I-, I12)
● Überprüfe ob U0 = U1 + U2. Wenn nicht, überlegen warum → Diskussion
● Berechne aus Uges = U1 + U2 den Gesamtwiderstand Rges = Uges/I (welches I hier? Überlege!)
Teil 3 – Parallelschaltung:
● Überprüfe ob alle Spannungen gleich sind (U0, U1, U2)
● Überprüfe ob I+ = I- = I1 + I2. Wenn nicht, überlegen warum → Diskussion
● Berechne aus Iges = I1 + I2 den Gesamtwiderstand Rges = U/Iges (welches U hier? Überlege!)
Tipps zur Diskussion:
● Teil 1:
● Wieweit stimmt der über die Steigung bestimmte Widerstand mit dem theoretischen
Widerstand überein. Warum gibt es Abweichungen? Tipp: Im Versuch gibt es auch noch
Kabel und Strommessgeräte. Was haben die für Auswirkungen?
● Warum ist der Widerstand der Glühbirne nicht konstant, warum steigt er? Tipp: Jede
Glühbirne leuchtet nicht nur. Was macht sie noch – was passiert wenn man sie anfasst?
Welche Auswirkung hat das auf den Widerstand?
● Teil 2 + 3:
● Überprüfe berechnete Werte mit theoretischen Werten
● Warum gibt es Abweichungen? Siehe Teil 1
Tipps zur Zusatzaufgabe:
Mit der Zusatzaufgabe kann man sich BONUSPUNKTE hohlen. Man verliert also keine Punkte, wenn man
sie nicht macht.
Es ist zu beweisen dass für die Reihenschaltung gilt
Rges = R1 + R2
und für die Parallelschaltung
1/Rges = 1/R1 + 1/R2
Der Beweis soll nicht an Messwerten gezeigt werden, sondern aus dem Ohm'schen Gesetz und der
Kirch'hoffschen Regel hergeleitet werden:
Tipp Reihenschaltung:
Kirchhoff : Iges = I1 = I2 (I ändert sich nicht)
Uges = U1 + U2
Ohm: U = R * I
Ohm für Rges, R1 und R2 hinschreiben und dann in Kirchhoff einsetzen. Das führt dann zum Ziel.
Tipp Parallelschaltung:
Kirchhoff : Iges = I1 + I2
Uges = U1 = U2 (U ändert sich nicht)
Ohm: U = R * I
Ohm für Rges, R1 und R2 hinschreiben und dann in Kirchhoff einsetzen. Das führt dann zum Ziel.
Mit den oben genannten Formeln, die zu beweisen waren, kann dann die Beispielschaltung berechnet
werden. Tipp: immer von innen nach außen rechnen. Erst den Widerstand der innersten Parallelschaltung,
dann die Reihenschaltung und am Schluss die äußere Parallelschaltung.