1 Aufgabe 2 Durchführung - MTA
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Versuch 4 – Elektrizitätslehre I Ohm’sches Gesetz und Kirchhoff’sche Gesetze 13.11.08 Zubehör: Widerstände Schaltbrett Schiebewiderstand Glühbirnchen Gleichspannungsquelle verschiedene Kabel 2 Multimeter (als Amperemeter und Voltmeter zu benutzen) 1 Aufgabe 1.) Die Abhängigkeit des Stroms von der angelegten Spannung ist für einen ohmschen Widerstand und die Glühbirne aufzunehmen. Der Wert des ohmschen Widerstands soll berechnet werden. 2.) Für eine Parallelschaltung und eine Reihenschaltung sollen die Kirchhoff’schen Gesetze bestätigt werden und die effektiven Gesamtwiderstände berechnet werden. 2 Durchführung 1.) Ohm’scher Widerstand: Baue die Schaltung aus Abbildung 1 auf dem Schaltbrett auf. Verwende ein Multimeter als Gleichstrommessgerät und das andere als Gleichspannungsmessgerät. Notiere den Widerstandswert der auf dem Widerstand R angegeben ist. Lasse die Spannungsquelle zunächst ausgeschaltet, bis der Praktikumsleiter die Schaltung überprüft hat. Stelle am Schiebewiderstand Spannungen von U = 0-10 V in 1 V Schritten ein und lies die zugehörigen Ströme I am Amperemeter ab. Glühbirnchen: Ersetze den ohmschen Widerstand R durch das Glühbirnchen und wiederhole die Messung mit 0, 5 V Schritten. Stelle keine höhere als die auf dem Glühbirnchen angegebene Spannung ein. 1 2.) Reihenschaltung: Baue die Reihenschaltung aus Abbildung 2 auf dem Schaltbrett auf und stelle eine konstante Spannung von U0 = 10 V am Schiebewiderstand ein. Messe die Spannungen U1 und U2 , die über R1 und R2 abfallen. Messe den Strom I+ zwischen Schiebewiderstand und R1 , den Strom I12 zwischen den beiden Widerständen und den Strom I− zwischen R2 und dem Schiebewiderstand. Zeichne zunächst in Abbildung 2 ein, wo die Spannungen und Ströme gemessen werden sollen. Denke daran, dass ein Voltmeter parallel zum Widerstand geschaltet werden muss und ein Amperemeter in Reihe. Frage den Praktikumsleiter wenn Du dir unsicher bist. Parallelschaltung: Baue die Parallelschaltung aus Abbildung 3 auf dem Schaltbrett auf und stelle eine konstante Spannung von U0 = 10 V am Schiebewiderstand ein. Messe wieder die Spannungen U1 und U2 , die zwischen den Kontakten von R1 und R2 anliegen. Messe die Ströme I1 und I2 , die durch die Widerstände fließen und die Gesamtströme I+ und I− zwischen den Verzweigungen und dem Schiebewiderstand. Zeichne zunächst in Abbildung 3 ein, wo die Spannungen und Ströme gemessen werden sollen. 3 Auswertung 1.) Ohm’scher Widerstand: Stelle I in Abhängigkeit von U dar (x-y-Diagramm). Welche Größe wird auf der x-Achse aufgetragen, welche auf der y-Achse? Lege eine Ausgleichgerade durch die Messwerte und den Koordinatenursprung und bestimme die Steigung s dieser Geraden. Das Ohm’sche Gesetz lautet U = R · I. (1) Mit Hilfe des Ohm’schen Gesetzes lässt sich der Widerstand R als Kehrwert der Steigung s bestimmen: R = U/I = 1/s. Berechne so den Wert des ohmschen Widerstandes und vergleiche das Ergebnis mit dem auf dem Widerstand angegebenen Wert. Glühbirnchen: Stelle zunächst wieder I in Abhängigkeit von U dar. Berechne für alle gemessenen Spannungen U den Widerstand RG = UI des Glühbirnchens. Trage RG in einem Diagramm über I auf (d.h. RG auf y-Achse, I auf x-Achse). Wie lässt sich die beobachtete Abhängigkeit erklären? 2.) Die Kirchhoff ’schen Gesetze bestehen aus zwei Sätzen mit denen sich vernetzte elektrische Schaltkreise beschreiben lassen. Reihenschaltung: Als eine Folge des zweiten Satzes der Kirchhoff’schen Gesetze (Maschenregel ) sollte U0 = U1 + U2 gelten. Überprüfe diesen Zusammenhang. Für die Ströme sollte gelten I+ = I12 = I− . Berechne aus der Gesamtspannung (U1 + U2 ) und dem Strom R den Gesamtwiderstand Rges von R1 und R2 mit Hilfe des Ohm’schen Gesetzes. Parallelschaltung: Als eine Folge des ersten Satzes der Kirchhoff’schen Gesetze (Knotenregel ) sollte für die Ströme in der Parallelschaltung I1 +I2 = I+ = I− gelten. Überprüfe diesen Zusammenhang. Die Spannungen U1 , U2 und U0 sollten jetzt gleich sein. Berechne P aus dem Gesamtstrom (I1 + I2 ) und der Spannung den effektiven Gesamtwiderstand Rges von R1 und R2 mit Hilfe des Ohm’schen Gesetzes. A U=12V + _ V R Abbildung 1: Schaltung zur Bestimmung von R. R1 V U=12V + _ R2 Abbildung 2: Reihenschaltung V U=12V + _ R1 Abbildung 3: Parallelschaltung R2 Zusatzaufgabe: Leite aus den oben genannten Kirchhoff’schen Gesetzen (in Reihenschaltung ist Strom I konstant, in Parallelschaltung ist die Spannung U konstant) die allgemeinen Beziehungen für den Gesamtwiderstand Rges 1. zweier in Reihe geschalteter Widerstände R1 und R2 2. zweier parallel geschalteter Widerstände R1 und R2 her. Nutze diese Beziehungen, um den effektiven Gesamtwiderstand aus Abbildung 4 auszurechnen. Abbildung 4: Bestimme den Gesamtwiderstand
