Experimente mit Gleichstrom (Elektrik 1)
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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 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 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 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. PS-Praktikum GF/5,6 Seite 3/3Experimente mit Gleichstrom (Elektrik 1) / Version 1
