Physik-Praktikum Versuch 6 - Stromberg

Physik-Praktikum
Versuch 6
Urspannung (Leerlaufspannung) und Klemmenspannung von Batterien
Geräte:
4,5V-Batterie
1 Widerstand 50
5 Widerstände 10
2 Multimeter
1 Schalter
Literatur: Dorn-Bader Oberstufe; S. 27, 28
Aufgaben:
1.) Baue die folgende Schaltung auf:
4,5V-Lampe
Schalter
4,5V-Batterie
Multimeter
Messe bei geöffnetem Schalter die Spannung der Batterie.
Schließe nun den Schalter. Was fällt auf? Erklärung?
2.) Für die 4,5V-Batterie sind die Klemmenspannung und die Stromstärke
bei Widerständen von 50; 40; 30; 20; 10; 5; 3,33; 2;5 und 2 zu bestimmen.
Überlege Dir eine dazu geeignete Schaltung (10-Widerstände entsprechend
kombinieren!) und gib das entsprechende Schaltbild im Protokoll an. Vor
allem bei kleinen Stromstärken darf der Stromkreis durch den Schalter nur
ganz kurz zur Ablesung geschlossen werden; die Urspannung der Batterie
sinkt sonst ab!
Auswertung: Trage die gemessenen Werte in einem geeigneten Diagramm
auf und entnehme diesem die Urspannung und den Innenwiderstand der
Batterie.
Um das Diagramm zu zeichnen, sollte mit den Versuchsdaten eine Lineare
Regression durchgeführt werden. Dies ist mit vielen Programmen zur
Tabellenkalkulation (z. B. EXCEL)
schnell durchzuführen.
Wenn am Ende noch Zeit sein sollte, kann der Versuch mit der Stahlbatterie
wiederholt werden. (Verwende dabei nur 4 Zellen.)
Zusatzaufgaben:
1.) Welche maximale Stromstärke kann allgemein aus einer Batterie
entnommen werden?
Wie groß ist diese maximale Stromstärke im Fall unserer vorliegenden
Batterie?
2.) Die von der Batterie abgegebene Leistung ist: P  U Kl  I
Zeige, dass sich durch Einsetzen der Formel für die Klemmenspannung UKl
daraus ergibt:
P  U 0  I  Ri  I 2  I  (U 0  Ri  I ) ;
wobei U0 die Urspannung der Batterie und Ri ihr Innenwiderstand sind
3.) Die so erhaltene Formel lässt sich als Funktion deuten, mit der man zu
einer gegebenen Stromstärke I (unabhängige Variable) die zugehörige
Leistung P (abhängige Variable) berechnen kann.
Das Schaubild der Funktion P(I) ist eine nach unten geöffnete Parabel.
Gib allgemein die beiden Nullstellen der Funktion P(I) an.
Wo liegt demnach das Maximum der Funktion P(I)? (d. h. wo liegt der
Scheitel der Parabel?)
Wie groß muss demnach der an die Batterie angeschlossene äußere
Widerstand sein, damit die Batterie ihre maximale Leistung abgibt.