E4 WECHSELSTROMWIDERSTÄNDE

HINWEISE UND KORREKTUREN (MB PHYSIK)
Für den Versuch „E1 Wheatstonesche Brücke“ (aka „Gleichstromwiderstände“)
Als im Experiment zu untersuchende Messobjekte (rein Ohmsche Widerstände in technischer Ausführung) sind zu nutzen:
a) Widerstände (3) in der Plexiglasbox mit Steckbuchsen als Einzelwiderstände R1, R2 und R3 .
b) Parallelschaltung aus den 3 einzelnen Widerständen in der Plexiglasbox R1 R2 R3 .
c) Widerstand in der Flächendiagonalen RFd und Raumdiagonalen RRd des Widerstandswürfels sowie
entlang einer Kante RK .
d) Reihenschaltung der Widerstände R1, R2, R3 und RRd .
Präzisierte Aufgabenstellungen:
1. Zuerst sind die jeweiligen o.a. Widerstände bzw. Kombinationen (a-d) mit dem Digitalmultimeter
im Widerstandsmessbereich auszumessen und dabei sowohl die Widerstandswerte als auch ihre zugehörigen Unsicherheiten (s. Auszug aus den Gerätespezifikationen vor Ort) zu ermitteln.
2. Anschließend sind die Widerstandswerte der Messobjekte (a-d) zu bestimmen mithilfe der Anwendung der beiden in Abb. 1.3 der Versuchsbeschreibung gezeigten Messschaltungen („stromrichtige“
und „spannungsrichtige“ Messung). Als Spannungsquelle wird dazu die Festspannungsversorgung
(Gleichspannung von ca. 2 V) genutzt. Aus den jeweiligen Messwerten für Stromstärke I und
Spannung U ist anhand des Ihnen bekannten Ohmschen Gesetzes der Widerstandswert rechnerisch
zu bestimmen. Mithilfe der Genauigkeitsklasse der beiden verwendeten Drehspul-Messinstrumente
ist eine Abschätzung der resultierenden Messunsicherheit für den jeweils berechneten Widerstandswert vorzunehmen. (Achtung: Da Sie zwei Schaltungen verwenden, sind natürlich auch jeweils
zwei Ergebnisse zu ermitteln!)
3. Bestimmen Sie mithilfe der von Ihnen abschließend aufzubauenden Wheatstoneschen Brücke
(gemäß Abb. 1.4 der Versuchsbeschreibung) nochmals die Widerstandswerte für alle o.g. Widerstände (a-d) unter ausdrücklichem Verzicht auf statistische Methoden. (Zu Ihrer „Sicherheit“
sollten Sie aber einmalig einen einfachen Reproduzierbarkeitstest mit einem Widerstand ausführen,
um wenigstens eine grobe Abschätzung für die Unsicherheit der Brückeneinstellung vornehmen zu
können!) Als Messinstrument für den Null-Abgleich verwenden wir das Digitalmultimeter im
Spannungsmessbereich. Außer den Widerstandswerten sind natürlich auch wieder die zugehörigen
Unsicherheiten abzuschätzen. Genereller Hinweis zum Abgleich der Brücke: Es ist sinnvoll, die
Brücke durch eine geeignete Voreinstellung für die Widerstandsdekade auf einen solchen Wert für
RN einzustellen, der im Abgleich für den Schleifkontakt bereits in der Nähe der Mittelstellung (für
Null-Abgleich) liegt.
4. Für die untersuchten Widerstände (a-d) sind die Ergebnisse aller eingesetzten Methoden miteinander zu vergleichen und zu diskutieren! Welche Abweichungen sind aufgetreten und wie können
diese erklärt werden? Welche Messschaltung bei der 2. Aufgabe liefert das vertrauenswürdigere
Ergebnis? Warum? Welches der eingesetzten Verfahren (unter Aufgabe 1-3) für die Widerstandsbestimmung halten Sie für das präziseste? Begründen Sie das eingehend!
5. Für die Widerstandskombinationen (b-d) sind die tatsächlichen Messergebnisse mit den Erwartungen (rein rechnerische Bestimmung aus den Einzelwerten) zu vergleichen (unter Berücksichtigung der jeweiligen Unsicherheiten). Dabei sollen ausdrücklich die verschiedenen Widerstände
am Würfel ausgerechnet werden. Um zu kontrollieren, ob Ihre rechnerischen Ergebnisse korrekt
sind, können Sie diese mit den Werten gemäß der Formeln (1.7-1.9) in der Versuchsbeschreibung
vergleichen. Sind alle Ergebnisse miteinander konsistent und widerspruchsfrei? Wie erklären sich
ggf. auftretende Abweichungen?
Hinweis: Um die Widerstände des Würfels zu berechnen, ist es hilfreich, sich die Stern-DreieckTransformation in Erinnerung zu rufen.