Demonstrationsexperiment 1 Lösung Welche Lampe leuchtet am

ForscherInnenwerkstatt Physik
Graz, 03-2014
Demonstrationsexperiment 1 Lösung
Welche Lampe leuchtet am hellsten?
Diese physikalischen Begriffe benötigt man:
Strom − Spannung − Serienschaltung von Widerständen −
Elektrische Leistung
2.
Ergebnis:
Nach Einschalten der Netzspannung und Betätigung
des Schalters leuchtet erstaunlicherweise die Lampe,
die auf dem Lampenkolben die geringste
Watt-Angabe aufgedruckt hat, am hellsten, dann
folgt die Lampe mit der mittleren Watt-Angabe,
und die Lampe mit der größten Watt-Angabe
leuchtet fast gar nicht mehr und wird nur leicht warm,
was man durch Anfassen mit einer Hand feststellen kann.
Siehe Abbildung 1 .
3.
Erklärung
Abb. 1 3 Glühlampen in Serie
Die Gesamtspannung (hier 230V ) verteilt sich bei einer Serienschaltung auf die drei Widerstände
(Glühlampen). Bei der Serienschaltung werden alle Lampen von Strom gleicher Stärke durchflossen, die
Spannung von 230 V teilt sich dagegen auf alle drei Lampen auf. Die Watt-Angaben der Lampen beziehen sich auf eine Nennspannung von 230 V. Da für die Leistung
(P: Leistung; U: Spannung;
R: Widerstand) gilt, besitzt die Lampe mit der höchsten Watt-Angabe den geringsten Widerstand, die
mit der kleinsten Watt-Angabe den größten Widerstand.
Bei der Reihenschaltung fließt durch alle Lampen der gleiche Strom I, für die elektrische Leistung P jeder Lampe gilt
. Die an jeder Lampe abfallende Spannung U ist dabei proportional zum Widerstand R der Lampe. An der Lampe mit der kleinsten Watt-Angabe fällt also die größte Spannung ab, da
sie den größten Widerstand besitzt. Ihre elektrische Leistung ist also am größten und sie leuchtet somit
am hellsten, (je größer die elektrische Leistung, desto heller leuchtet die Lampe). Entsprechend ihrem
kleineren Widerstand sind die anderen beiden Lampen dunkler, die Lampe mit der höchsten WattAngabe hat gegenüber den anderen Lampen einen so geringen Widerstand, daß ihre Wendel nur gering
erwärmt wird und beim Glühen kaum mehr Licht im sichtbaren Bereich, sondern hauptsächlich Wärme
abstrahlt.
Bemerkungen
Daher muss bei allen Glühlampen neben der Leistung (Angabe in Watt) immer die zulässige Spannung
angegeben werden. Eine Angabe von z.B. 60W, ohne Angabe der zu verwendenden Spannung, ist vollkommen sinnlos. Im Übrigen beziehen sich die Leistungsangaben bei Glühlampen auf die erbrachte elektrische Leistung, die abgestrahlte Lichtleistung ist nur ein Bruchteil davon (ca. 2 - 5 %).
Wegen ihres geringen Wirkungsgrades verschwinden die seit mehr als 100 Jahren verwendeten Glühlampen langsam aus dem Gebrauch. Die sogenannten Halogen-Lampen werden wegen des etwas besseren Wirkungsgrades noch häufiger verwendet, es sind im Prinzip weiterentwickelte Glühlampen. Einen
deutlich höheren Wirkungsgrad haben die Leuchtstoffröhren. Allerdings haben sie Schwachpunkte wie
Einschaltverzögerung und giftiger Quecksilberdampf. In den letzten Jahren haben sich die sogenannten
LED-Lampen sehr verbreitet. Deren Wirkungsgrad übertrifft den der Leuchtstoffröhren ohne deren
Nachteile aufzuweisen.
Quellenangabe:
Physikalische Freihandexperimente, 1997, Aulis-Verlag, D 85399 Hallbergmoos