Experimente mit Gleichstrom (Elektrik 1)

Fachschaft Physik / KSL
Experimente mit Gleichstrom (Elektrik 1)
ElektrizitätE
xperimente
mit
Gleichstrom
Physikpraktikum Grundlagenfach
Verfasst von:
W. Fuchsberger
Fliessende Elektronen sind Strom
Einleitung
Was ist eigentlich Strom, weshalb fliesst er, wovon hängt seine Stärke ab, wie wirkt er? Mit
solchen Fragen befassen wir uns in einer Serie von Experimenten. Statt des Zustandes "Alles
schläft, wenn einer spricht" gilt das Motto: "Alles schafft, der Lehrer darf mal schlafen".
dQ 
C
 I . Die Einheit heisst Ampère (1 A = 1 )
Strom I ist fliessende Ladung Q. I 
dt
s
1 C = 1 Coulomb = Ladungseinheit.
Wenn eine Spanungsquelle die Spannung U = 1 Volt hat, so heisst dies, dass das Fliessen von
1 Coulomb Ladung eine Arbeit von 1 Joule verrichtet: W = Q · U.
Hieraus folgt das Joule'sche Gesetz: W = U · I · t. Fliesst bei einer Spannung von 1 Volt ein
Strom von 1 Ampère 1 Sekunde lang, so verrichtet der Strom eine Arbeit von 1 Joule.
Zunächst fragen wir uns: Welche Stoffe leiten den Strom und wie gut? Dies führt uns zu
Leiter, Halbleiter, Isolator, elektrischem Widerstand und zur Leitfähigkeit.
U = R · I Das ist das Ohm'sche Gesetz; R = elektrischer Widerstand, gemessen in Ohm ().
Unsere Bauelemente bei diesen Versuchen sind:
liefern elektrische Energie. Wir idealisieren zunächst, dass ihr eigener
Innenwiderstand unendlich klein sei.
Spannungsquellen
Die Drähte seien ideale Leiter ohne Widerstand
Diese Verbindungen können Verzweigungsstellen haben. Die VerLeitende
bindungen bilden zusammen mit den übrigen Bauelementen ein
Verbindungen Stromnetz. Das einfachste Stromnetz ist ein Stromkreis.
Diese setzen dem Stromfluss einen Widerstand entgegen, welcher von
Verbraucher
verschiedenen Faktoren abhängt (Material, Abmessungen, Temp.)
Hievon gibt es verschiedenste Typen. Der einfachste Schalter ist der EinAusschalter.
Schalter
für Spannung: Voltmeter, Strom: Ampèremeter, Widerstand: Ohmmeter
V
Messgeräte
Fachschaft Physik / KSL
Versuchsziele
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Qualitatitive Unterschiede und ihre Gründe kennen: Leiter, Nichtleiter, Halbleiter.
Messen mit Ampèremeter, Voltmeter, Ohmmeter.
Schalteranordnungen und Schaltertypen kennenlernen und ausprobieren.
Widerstände messen: mit Strom- und Ampèremeter, mit Ohmmeter.
Parallel- und Serienschaltung von Widerständen kennen und ausmessen.
Kennlinien von Widerständen aufnehmen.
Schaltungsarten von Spannungsquellen verstehen.
Warum geht das Licht aus, wenn man den Anlasser am Auto betätigt?
Vorbereitung
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Lies nach, was über Strom, Spannung und elektrischen Widerstand in Physikbüchern und
im Lexikon steht. Du musst auch die Einheiten kennen.
Das Ohm'sche und das Joule'sche Gesetz stehen in dieser Anleitung. Wie lauten sie und
was sagen die Gesetze aus?
Präge Dir die Schaltsymbole ein.
Notiere die Hinweise des Lehrers zum Vorgehen bei elektrischen Versuchen. Es gibt
Anweisungen zur Unfallverhütung und solche zur Vermeidung von Materialschäden.
Präge Dir ein, wie man Voltmeter und Ampèremeter in einen Stromkreis schaltet.
Material
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Experimentierkasten Elektrik 1
Gleichspannungsnetzgerät (für einzelne Versuche 2)
2 kombinierte Spannungs- und Strommessgeräte
zusätzliche Elektrokabel
zusätzliche Widerstände 22, 47, 100, montiert auf Alu-Bügel
weitere Schalter: Polwender, Taster, Zeitschaltuhr, Relais (Schütz)
Quellen
Arbeitsheft von M. Peter Mettenleiter (Mekruphy)
Diverse Lehrbücher Physik
PS-Praktikum GF/5,6
Seite 2/3Experimente mit Gleichstrom (Elektrik 1) / Version 1
Fachschaft Physik / KSL
Durchführung
Erste Doppelstunde: Nr. 1 - 6, zweite Doppelstunde: Nr. 7 - 10
1. Vorarbeit (zu Stundenbeginn)
 Notiere die Verhaltensregeln für elektrische Experimente, die der Lehrer bekanntgibt.
 Notiere wie man Ampère- und Voltmeter in einen Stromkreis anschliesst.
 Studiere die Geräteübersicht im Experimentierkasten.
2. Versuch E1-1: Leitfähigkeit. Verwende eine Spannung von 5 V= für alle Versuche,
Strom so hochregeln, dass die Lampe brennt.
 Untersuche die Materialien auf Leitfähigkeit gemäss Arbeitsheft qualitativ.
 Miss den Strom bei diesem Prozess und ordne die Materialien nach Leitfähigkeit.
Vergleiche die Materialtabelle in der Formelsammlung damit.
3. Versuche E1-2: Schaltungsarten
 Führe je eine UND-, ODER-, WECHSEL- Schaltung aus.
 Weitere einfache Schalter sind: Taster, Polwender
Komplexere sind: Relais, Zeitschalter. Es gibt auch elektronische Schalter (Transistoren)
Diese Praxismodelle sollen genau angesehen werden. Verwendungsarten?
4. Versuch E1-10: Widerstandsmessung
a) mit Voltmeter/Ampèremeter b) mit Ohmmeter direkt
5. Versuch E1-6: Stromverzweigung: (nur 2. Versuch mit 3 Widerständen)
6. Versuche E1-11: Serienschaltung von Widerständen. Vergleiche mit der Theorie
7. Versuch E1-12: Parallelschaltung von Widerständen. Vergleiche mit der Theorie
8. Versuch E1-13: Kombischaltung. Es genügt, die Voraussage von Rges zu berechnen, je die
Gesamtspannung und den Gesamtstrom zu messen und mit der Voraussage zu
vergleichen.
9. Versuch E1-9: Nimm die U-I-Kennlinie einer Cr Ni Wendel auf .
Dazu brauchst Du Millimeterpapier.
10. Versuch E1-14: Innenwiderstand einer Batterie. Erfasse die Zusammenhänge von
Quellenspannung, Klemmenspannung, Innenwiderstand einer Spannungsquelle.
Auswertung
Gehe nach dem Arbeitsheft vor. Schreibe dort nichts hinein. Protokolliere alles im
Protokollheft. Der Lehrer gibt ein Protokollheft für jede Gruppe ab. Notiere dort auch die
Antworten auf die Fragen und Schlussfolgerungen. Lege das Protokollheft am Ende der
Stunde zur Signatur vor. Es wird bewertet!
Zusatzaufgaben
Werden im Normalunterricht gestellt. Es sind vor allem Rechenaufgaben. Sie sind nicht
separat abzugeben sondern stehen in den üblichen Physikaufzeichnungen.
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