Gemessene Spannung

26.06.04
Versuchsprotokoll
Messung von Spannungen
Ort:
Zeit:
Anwesende:
Thema:
Geräte:
Versuchsvorbereitung:
Physiksaal 2
Montag, 5 Stunde
Ludwig Mähler, Frank Hartmann, Christoph Degünther
el. Spannung
s. Blatt
s. Blatt
Versuch 1:
Versuchsaufbau:
s. Blatt
Durchführung:
Wir messen die Spannung im Stromkreis in allen Messbereichen des
Voltmeters
Ergebnis:
Messbereich
200 mV
2V
20V
200 V
650 V
Auswertung:
Spannung in V
1
1,485
1,48
1,4
1
Der Messbereich von 2V hat sich als am besten erwiesen. Dort erhalten
wir die genauesten Ergebnisse. Das liegt daran, dass für den
200mV die zahlen zu groß sind und deshalb nicht angezeigt werden
können und dass das Voltmeter ab dem Bereich 20V weniger Stellen
hinter dem Komma anzeigt, soll heißen rundet, wodurch die Ergebnisse
auch ungenauer werden.
Versuch 2:
Versuchsaufbau:
s. Blatt
Durchführung:
Wir messen die Spannung im Stromkreis an den Punkten A, B und C.
Dabei stecken wir immer das Kabel, das am positiven Pol des
Messgerätes angeschlossen ist, an den Punkt, der als erstes angegeben
ist.
Ergebnis:
Messung an den Punkten
AB
BC
AC
BA
CB
CA
U in V
1,48
1,47
2,96
-1,47
-1,48
-2,96
Auswertung a:
Da die Messungen leider falsch waren, kann keine Aussage über den
Zusammenhang gemacht werden. Allerdings sollte die Spannung im
gesamten Stromkreis ungefähr der Durchschnitt aller einzelner
Spannungswerte sein, in dem Fall wäre Uges also ca. 1,47 V. Die
negativen Vorzeichen bei den letzten drei Messungen ergeben sich
dadurch, dass das Kabel am positiven Pol des Voltmeters und das Kabel
am negativen Pol vertauscht wurden, der Strom somit sozusagen falsch
herum durch das Messgerät lief ( zumindest empfindet das Voltmeter
es so ), wodurch dann die negativen Werte entstanden.
Auswertung b:
Unsere Messergebnisse sind insofern falsch, da sich die Spannung von
zwei verschiedenen Stromquellen nicht addieren darf. Die Spannung ist
nämlich der Quotient aus Arbeit an der elektrischen Ladung pro
elektrische Ladung ( U = W / Q ). Wenn wir zwei Batterien in einen
Stromkreis einbauen, erhöht sich nicht die Arbeit, wohl aber die
Stromstärke, also die Zahl der Elektronen, die pro Sekunde durch den
Stromkreis fließen. Da wir die Spannung aber parallel messen und das
Voltmeter so eingestellt ist, dass immer nur eine bestimmt Zahl an
Elektronen hindurchfließen kann, bleibt sowohl die Arbeit als auch die
Anzahl der Elektronen, die pro Sekunde durch das Voltmeter fließen,
gleich und somit auch die Spannung. Im anderen Ast fließen jetzt zwar
mehr Elektronen, allerdings wird insgesamt auch mehr Arbeit
verrichtet, sodass der Quotient aus Arbeit und Ladung gleich bleibt,
dementsprechend herrscht auch die gleiche Spannung.
Vergleichbar wäre das mit dem Wassersystem in einem Haushalt: Dort
gibt es einen Wasserzähler ( entsprechend dem Amperemeter), der die
Liter pro Zeiteinheit angibt, und der schneller steigt, wenn mehr Wasser
fließt. Zudem addieren sich die Wasserströme aus zwei Leitungen zu
einem großen, d.h. die Summe der Literzahl / Sekunde von den beiden
einzelnen Rohren ergibt die Literzahl / Sekunde im großen Rohr.
Anders ist das mit einem Druckmesser: Der wird parallel zum Rohr
befestigt und lässt immer die gleiche Literzahl durch, z.B. 1l / 1s. Es ist
nun egal, wie viel Wasser im Haus verbraucht wird, der Druck bleibt
gleich, da die Relation von Wasserkraft / Liter Wasser immer gleich ist.
Wenn nun zwei Rohre mit unterschiedlichem Druck ineinander
münden, wird der Druck ungefähr der Mittelwert der vorherigen Werte
sein, da sich die beiden Werte ausbalancieren. Dabei kommt es
natürlich darauf an, wie dick die beiden Rohre sind, denn der Druck
wird in die Richtung des Wertes des dickeren Rohres verschoben. Das
fällt bei zwei gleichen Batterien allerdings kaum ins Gewicht.
Versuch 3:
Versuchsaufbau:
s. Blatt
Durchführung:
Wir messen die Spannung im Stromkreis an den Punkten A, B und C.
Ergebnis:
Messung an den
Punkten
AB
BC
AC
Auswertung:
Vermutete Spannung
Gemessene Spannung
1,48 V
1,47 V
0V
1,472 V
1,485 V
0,0128 V
Wie vermutet, sind die gemessenen Spannungen denen aus Versuch 2
sehr ähnlich. Das liegt ganz einfach daran, dass eigentlich der selbe
Bereich gemessen wurde: Die Spannung, mit der der Strom innerhalb
der Batterie fließt ( Die Spannung wurde ja immer parallel zur Batterie
gemessen. Und in zwei parallel Ästen ist die Spannung immer gleich.).
Das einzige interessante Ergebnis war das von den Punkten A C: Wir
hatten eigentlich erwartet, dass zwischen zwei gleichen Polen kein
Strom fließt, da das ja normalerweise immer nur zwischen zwei
unterschiedlichen Polen geschieht. Allerdings saßen ja an einem Pol
weniger Elektronen als am anderen, er war weniger positiv. Und das
allein reicht schon aus, damit ein Austausch von Elektronen passiert
und Strom fließt. Vergleichbar ist das mit Wasser in einem U-Rohr:
Sollte eine Wassersäule nur ein wenig niedriger als die andere sein, so
findet ein Ausgleich statt, es würde Wasser fließen und damit auch ein
Druck bzw. eine Spannung entstehen.
Versuch 4:
Versuchsaufbau:
s. Blatt
Durchführung:
Wir messen die Spannung im Stromkreis an den Punkten A und B.
Ergebnis:
Erwartete Spannung
~1,47 V
Auswertung:
Gemessene Spannung
1,439 V
Die Abweichung von unseren Erwartung hat sich wohl dadurch
ergeben, dass die Batterien an Spannung verloren hatten: Die eine kam
nur noch auf 1,439 , die andere auf 1,441 V. In Anbetracht dieser Werte
ist das Ergebnis logisch, da die Spannung sich auf einen Mittelwert
zwischen den beiden Spannungen ausgleicht, wie in versuch 2 schon
festgestellt.