Arbeitsblatt “Kirchhoffsche Regeln”

Klasse 9
Wege des Stromes - Schaltungssysteme,
Schaltungen im Haushalt
21.06.07
Arbeitsblatt “Strom- und Spannungsmessung”
für beide Gruppen:
Drehspulmesswerk
Um die Stromstärke (und auch die Spannung) in einem elektrischen
Stromkreis zu messen wird ein Messgerät, das ein Drehspulmesswerk
beinhaltet, benutzt.
Das Prinzip dieses Drehspulmesswerkes besteht darin, dass der Strom
über eine Spule(7) geführt wird, die (auf einen Weicheisenkern(1)
gewickelt und) von einem Permanentmagneten(2) umgeben ist. Die
Spule erfährt durch das Magnetfeld eine Ablenkung, deren Winkel
proportional zur Stromstärke I ist. Befindet sich an der Spule ein
Zeiger(12), kann dieser auf einer Skala den gemessenen Strom/die
gemessene Spannung anzeigen.
Die an die Spule befestigte Rückstellfeder(6) bringt die Spule nach
Abschalten des Stromes wieder in den Ruhelage(8).
Funktionsprinzip eines Drehspulinstruments:
(1) Weicheisenkern, (2) Permanentmagnet, (3) Polschuhe, (4) Skala, (5) Spiegelskala,
(6) Rückstellfeder, (7) Drehspule, (8) Ruhelage, (9) Maximalausschlag,
(10) Spulenkörper, (11) Justierschraube, (12) Zeiger, (13) Südpol, (14) Nordpol
Gruppe IIa
Bild I1
Gruppe IIb
Strommessung
Spannungsmessung
Da man den Strom also die Stromstärke I stets
in Reihe misst, ist die Funktionsweise eines
Amperemeters
bzw.
Strommessgerätes
deckungsgleich mit der oben beschriebenen
Methode des Drehspulmesswerkes, die den
Hauptbestandteil eines solchen Messgerätes
darstellt.
Zu beachten ist, dass der Strom in der Schaltung
durch die Messung möglichst wenig verändert
werden soll und daher der Eigenwiderstand des
Messgerätes sehr klein gehalten werden muss
(z.B. Widerstand des Spulendrahtes).
Die Messung der Spannung U erfolgt mittels
eines
Voltmeters
oder
eines
Spannungsmessgerätes,
welches
als
Hauptbauelement
ein
Drehspulmesswerk
besitzt. Da mit diesem Messwerk jedoch nur
Ströme gemessen werden können, muss der
Strom über das Ohmsche Gesetz mit der
Spannung in Verbindung gebracht werden:
U=RI
Indem auf der Skala nun nicht mehr die
Stromstärke, sondern diese mit dem Wert des
Eigenwiderstandes multipliziert aufgetragen
wird (Volt/Ampere * Ampere = Volt), erhält
man eine in Volt geeichte Skala, auf der die
1
http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Moving_coil_instrument_principle.png
Spannung abgelesen werden kann.
Da man die Spannung lediglich zwischen den
beiden Enden eines Leiters messen kann, muss
das Voltmeter stets parallel geschaltet werden.
(Hierbei dienen die Knotenpunkte als Anfangsund Endpunkte.)
Um zu verhindern, dass der Strom des (Haupt)Stromkreises nun über den parallelen
Stromkreis, der zur Messung verwendet wird,
fließt, wird im Voltmeter zusätzlich ein sehr
großer Vorwiderstand eingebaut, der einen
(großen) Stromfluss in diesem Leiterabschnitt
unterbindet.
Schaltung zum Amperemeter
Schaltung zum Voltmeter
Bild II
Bild IV
Merksatz:
Die Stromstärke I wird stets in Reihe gemessen!
Merksatz:
Die Spannung U wird stets parallel gemessen!
Anwendungsbeispiele:
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Anwendungsbeispiele:
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