Glühlampe - physik.fh

6 Glühlampe
Im Jahre 1879 entwickelte der amerikanischer Erfinder Thomas
Alva Edison die Glühlampe zur Serienreife. Seitdem ist sie aus
unserem Leben nicht mehr wegzudenken. In jedem Haushalt
taucht sie gleich dutzendfach auf: In Deckenleuchten, NachtĆ
tischlampen, Fahrradscheinwerfern oder Taschenlampen.
Fasst man Glühlampen, die schon seit längerer Zeit leuchten,
mit der Hand an, fühlen sich einige lauwarm an, andere sehr
warm, und wieder andere sind so heiß, dass man sich die Finger
daran verbrennt. Doch was man dabei immer nur spürt, ist die
Temperatur des äußeren Glaskolbens. An den Glühfaden selbst,
der das Licht erzeugt, kommt man nicht heran. Deshalb kann
man auch nicht seine Temperatur fühlen. Auch ein ThermomeĆ
ter kann man nicht an den Glühfaden halten. Folglich kann man
seine Temperatur nicht direkt messen. In diesem Praktikum soll
deshalb die Temperatur des Glühfadens indirekt bestimmt werĆ
den.
Sie lernen in diesem Praktikum den Zusammenhang zwischen
Temperatur und elektrischem Widerstand und die Grundlagen
einfacher elektrischer Schaltungen. Sie werden selbst eine elekĆ
trische Schaltung entwerfen, aufbauen und überprüfen. Sie könĆ
nen den Umgang mit Multimetern üben und damit die StromSpannungs-Kennlinie eines kleinen 5-Watt-Glühlämpchens
messen. Aus dieser Kennlinie werden Sie schließlich die TempeĆ
ratur einer Glühlampe ermitteln.
6.1 Zusammenhang zwischen Temperatur und WiĆ
derstand
Da man kein Thermometer direkt an den Glühfaden der Lampe
halten kann, ist es nicht möglich, die Temperatur direkt zu mesĆ
sen. Es besteht jedoch ein einfacher Zusammenhang zwischen
der Temperatur í des Fadens und seinem elektrischen WiderĆ
stand R, der eine indirekte Messung erlaubt.
R(í) + R 0(1 ) a @ Dí)
í:
Temperatur des Glühfadens
í0: Zimmertemperatur ([ 293 K)
R(í): elektrischer Widerstand des Glühfadens bei der TemperaĆ
tur í
R0: elektrischer Widerstand des Glühfadens bei ZimmertemĆ
peratur
a:
Temperaturkoeffizient. Dies ist eine Materialkonstante.
Sie beträgt bei Wolfram, dem Material, aus dem GlühfäĆ
den bestehen, 0,0045 K-1.
Dí: Differenz Dí + í * í0 zwischen der Temperatur des
Glühfadens und der Zimmertemperatur.
53
Kennt man also die Widerstände R(í) und R0 der Glühlampe,
so kann man daraus die Temperatur í errechnen.
Wie ermittelt man nun die Widerstände? Dazu sind zunächst
einige elektrotechnische Grundlagen zu betrachten.
6.2 Grundlagen der Elektrotechnik
Alle Objekte, die es im Universum gibt, besitzen nicht nur eine
Masse m, sondern auch eine elektrische Ladung q. Die Masse eiĆ
nes Objekts kann nur einen positiven Wert haben. Die elektriĆ
sche Ladung hingegen kann positiv, negativ oder null sein. Die
Einheit der Ladung ist das Coulomb (C). Sie ist aus den beiden
Grundeinheiten Ampere (A) und Sekunde (s) zusammengeĆ
setzt: 1 C + 1 A @ s
Elektrischer Strom ist das Fließen von Ladungen. Betrachtet
man nur den elektrischen Strom in Metallen, beispielsweise im
Wolfram eines Glühfadens, so sind die Träger der Ladungen die
Elektronen. Jedes einzelne Elektron hat eine Ladung von q +
*1,602@10-19 C.
Um eine Vorstellung von den recht abstrakten Größen und EiĆ
genschaften der Elektrizität zu gewinnen, kann man sie mit WasĆ
ser vergleichen.
Wasser:
Elektrizität:
In einer Wasserleitung fließt Wasser.
In einem elektrischen Leiter (ĘStromkaĆ
bel) fließen Ladungen (Elektronen).
Durch den Querschnitt der WasserleiĆ
tung fließt ein Wasserstrom Q mit einer
Stärke von soundsoviel Litern pro Sekunde
(Volumenstrom)
Durch den Querschnitt des elektrischen
Leiters fließt ein elektrischer Strom I mit
einer Stärke von soundsoviel Coulomb pro
Sekunde.
Volumenstrom +
Wassermenge
Zeiteinheit
Stromstärke +
Ladung
Zeiteinheit
Der Volumenstrom hat die Einheit l/s.
Die Stromstärke hat die Einheit A. (EiĆ
gentlich: C/s = (A@s)/s = A)
Damit das Wasser in einer Leitung flieĆ
ßen kann, muss zwischen ihren beiden EnĆ
den eine Druckdifferenz p herrschen. Diese
Druckdifferenz kann man bei einem GarĆ
tenschlauch beispielsweise dadurch erzeuĆ
gen, dass man ein Ende an einen WasserĆ
hahn anschließt (hoher Druck) und das anĆ
dere offen lässt (niedriger Druck). VerĆ
stopft man hingegen das freie Ende, so
herrscht im ganzen Schlauch der gleiche
Druck, und das Wasser kann nicht fließen.
Damit die Ladungen in einem elektriĆ
schen Leiter fließen können, muss zwischen
seinen Enden eine Spannungsdifferenz U
herrschen.
54
Die Einheit des Drucks und der DruckĆ
differenz ist das Pascal (Pa) oder das Bar.
Die Einheit der Spannung und der SpanĆ
nungsdifferenz ist das Volt (V).
Damit Wasser in einem geschlossenen
Rohrsystem fließen kann, braucht man eine
Pumpe, die dafür sorgt, dass immer eine
Druckdifferenz p zwischen ihren beiden
Anschlüssen herrscht.
Damit Ladungen in einem geschlossenen
System von elektrischen Leitern fließen
können, braucht man eine ĘPumpe, die
dafür sorgt, dass immer eine SpannungsdifĆ
ferenz U zwischen ihren beiden AnschlüsĆ
sen herrscht. Eine solche ĘPumpe nennt
man in der Elektrotechnik ĘSpannungsĆ
quelle.
DruckdiffeĆ
renz von
p = 1,2 bar
Pumpe
WasserĆ
strom von
Q = 10 l/s
Verbindet man ein sehr dünnes Rohr
über zwei dicke Rohre mit einer Pumpe, so
hat man innerhalb der zwei dicken Rohre
kaum ein Druckgefälle. Das heißt, zwiĆ
schen den beiden Enden des dünnen RohĆ
res herrscht fast die gleiche Druckdifferenz
wie zwischen den beiden PumpenanschlüsĆ
sen. Das dünne Rohr stellt also für das flieĆ
ßende Wasser einen Widerstand R dar, die
dicken Rohre hingegen behindern es kaum.
SpannungsĆ
differenz von
U = 1,2 V
Stromstärke
von
I=1A
Verbindet man einen sehr dünnen Leiter
über zwei dicke Leiter mit einer SpanĆ
nungsquelle, so hat man innerhalb der zwei
dicken Leiter kaum ein Spannungsgefälle.
Das heißt, zwischen den beiden Enden des
dünnen Leiters herrscht fast die gleiche
Spannungsdifferenz wie zwischen den beiĆ
den Spannungsquellenanschlüssen. Der
dünne Leiter stellt also für die fließenden
Ladungen einen Widerstand R dar, die
dicken Leiter hingegen behindern sie
kaum.
Wasserstrom
von Q = 1 l/s
DruckdiffeĆ
renz von
p = 1,2 bar
SpanĆ
nungsĆ
quelle
Stromstärke
von I = 1 A
DruckdiffeĆ
renz von
p [ 1,2 bar
Je kleiner der Widerstand R des Rohres
ist, desto mehr Wasser fließt bei einer feĆ
sten Druckdifferenz durch das Rohr.
SpannungsĆ
differenz von
U = 12 V
SpannungsĆ
differenz von
U [ 12 V
Je kleiner der Widerstand R des Leiters
ist, desto mehr Ladungen fließen bei einer
festen Spannungsdifferenz durch den LeiĆ
ter.
55
Dieser Zusammenhang zwischen StromĆ
stärke I, Widerstand R und SpannungsdiffeĆ
renz U heißt Ohm'sches Gesetz.
I+ 1U
R
Je kleiner der Querschnitt A eines RohĆ
res und je größer seine Länge l ist, umso
größer ist sein Widerstand.
Je kleiner der Querschnitt A eines LeiĆ
ters und je größer seine Länge l ist, umso
größer ist sein Widerstand.
RX l
A
RX l
A
Der Proportionalitätsfaktor hängt von
der Rohrbeschaffenheit ab.
Der Proportionalitätsfaktor hängt vom
Leitermaterial ab. Er wird spezifischer WiĆ
derstand ò genannt.
R+
òl
A
Die Einheit des elektrischen WiderstanĆ
des ist das Ohm (W). Es gilt: 1 W = 1 V/A.
6.3 ReihenĆ und Parallelschaltung von Widerständen
R1
R2
Abb. 37: Reihenschaltung von WiĆ
derständen.
Das Wort ĘWiderstand hat in der Elektrotechnik zwei BedeuĆ
tungen: Zum einen ist es eine physikalische Größe, zum anderen
bezeichnet es ein Bauteil, das diese physikalische Größe als EiĆ
genschaft hat. Das heißt, ein Stück Draht Ęist ein Widerstand R,
und es Ę hat den Widerstand R.
Zwei dünne Drähte sind aus dem gleichen Material und haben
den gleichen Querschnitt A, ihre Längen l1 und l2 sind aber verĆ
schieden. Sie haben also folgende Widerstände:
òl
R1 + 1
A
òl
R2 + 2
A
Werden diese beiden Drähte hintereinander in den StromĆ
kreis geschaltet (Reihenschaltung), müssen die Ladungen zuerst
durch den einen und dann noch durch den anderen Draht fließen
(Abb. 37). Das heißt, sie müssen insgesamt durch einen Draht
der Länge l ges + l 1 ) l 2 fließen. Der Gesamtwiderstand Rges
beider Drähte beträgt somit:
R ges +
òǒl 1 ) l 2Ǔ
òl ges
òl
òl
+
+ 1) 2
A
A
A
A
R ges + R 1 ) R 2
Werden mehr als zwei Widerstände hintereinander geschalĆ
tet, gilt analog:
56
R ges +
ȍ Ri
i
Zwei dünne Drähte sind aus dem gleichen Material und haben
die gleicheLänge l, ihre Querschnitte A1 und A2 sind aber verĆ
schieden. Ihre Widerstände betragen also:
òl
A1
òl
R2 +
A2
Werden diese beiden Drähte parallel zueinander in den
Stromkreis geschaltet (Parallelschaltung), können die LadunĆ
gen wählen, durch welchen Draht sie fließen wollen (Abb. 38).
Das heißt, ihnen steht insgesamt ein Drahtquerschnitt von
A ges + A 1 ) A 2 zur Verfügung. Der Gesamtwiderstand Rges
beider Drähte beträgt somit:
R1 +
R1
R2
Abb. 38: Parallelschaltung von WiĆ
derständen.
òl
òl
R ges +
+
A ges
A1 ) A2
1 + A1 ) A2 + A1 ) A2
R ges
òl
òl
òl
1 + 1 ) 1
R1 R2
R ges
Werden mehr als zwei Widerstände parallel geschaltet, gilt
analog:
1
1 +
Ri
R ges
ȍ
i
Wasser:
Elektrizität:
Bei einer Reihenschaltung von zwei dünĆ
nen Rohren fließt durch beide Rohre gleich
viel Wasser pro Sekunde, d. h. der gleiche
Wasserstrom Q.
Bei einer Reihenschaltung von zwei WiĆ
derständen fließt durch beide Widerstände
gleich viel Ladung pro Sekunde, d. h. der
gleiche elektrische Strom I.
Q
Q
Bei einer Parallelschaltung von zwei dünĆ
nen Rohren ist die Druckdifferenz p zwiĆ
schen den Rohrenden bei beiden Rohren
gleich.
p
I
I
Bei einer Parallelschaltung von zwei WiĆ
derständen ist die Spannungsdifferenz zwiĆ
schen den Widerstandsenden bei beiden
Widerständen gleich.
U
U
p
57
Uges
I
U1
U2
Abb. 39: Spannungen und Ströme in
einer Reihenschaltung von WiderĆ
ständen.
Statt von der Spannungsdifferenz zwischen den beiden WiderĆ
standsenden spricht man meistens etwas knapper von der SpanĆ
nung über dem Widerstand oder von der Spannung am WiderĆ
stand.
Welche Spannungen liegen bei einer Reihenschaltung von
zwei Widerständen an den beiden Widerständen (Abb. 39)?
Hat die Spannungsdifferenz über den Gesamtwiderstand Rges
den Wert Uges, so fließt durch beide Widerstände der Strom I.
U ges
I+
R ges
Über dem Widerstand R1 liegt damit folgende Spannung:
R
U 1 + R 1I + 1 U ges
R ges
Die Spannung über dem Widerstand R1 ist also kleiner als die
Spannung über den Gesamtwiderstand. Für die Spannung über
den Widerstand R2 gilt analog:
R
U 2 + R 2I + 2 U ges
R ges
Man kann auch die Gesamtspannungsdifferenz durch die beiĆ
den Einzelspannungsdifferenzen ausdrücken.
U ges + R gesI + ǒR 1 ) R 2ǓI + R 1I ) R2I
Iges
I1
U
R1
I2
R2
U
Abb. 40: Spannungen und Ströme in
einer Parallelschaltung von WiderĆ
ständen.
U ges + U 1 ) U 2
Welche Ströme fließen bei einer Parallelschaltung von zwei
Widerständen durch die beiden Widerstände (Abb. 40)?
Liegt über den beiden Widerständen die Spannungsdifferenz
U, so fließt durch den Gesamtwiderstand Rges der Gesamtstrom
Iges.
ǒ
Ǔ
I ges + 1 @ U + 1 ) 1 U
R ges
R1 R2
Durch die Widerstände R1 und R2 fließen damit folgende
Ströme:
I1 + U
R1
I2 + U
R2
Der Gesamtstrom lässt sich auch durch die beiden EinzelĆ
ströme ausdrücken.
ǒ
Ǔ
I ges + U 1 ) 1 + U ) U
R1 R2
R1 R2
I ges + I 1 ) I 2
6.4 Schiebewiderstände
Der Schiebewiderstand ist ein Widerstandsdraht R, der auf eiĆ
nen Keramikkörper gewickelt ist. Er hat an beiden Enden eine
58
Anschlussbuchse. Eine dritte Buchse ist mit einem Gleitkontakt
verbunden, der sich an eine beliebige Stelle des Drahtes schieĆ
ben lässt. Dadurch kann man sich den Widerstandsdraht als zwei
in Reihe geschaltete variable Einzelwiderstände vorstellen.
Schiebt man den Gleitkontakt von links nach rechts, so wächst
der Widerstand R1 zwischen der linken und der mittleren Buchse
von 0 W auf auf R und gleichzeitig schrumpft der Widerstand R2
zwischen der mittleren und der rechten Buchse von R auf auf 0
W.
Schließt man den Schiebewiderstand an eine Spannung U, so
liegen zwischen dem linken und dem mittleren Anschluss und
zwischen dem mittleren und dem rechten Anschluss zwei TeilĆ
spannungen U1 und U2, die sich zwischen 0 V und U bzw. zwiĆ
schen U und 0 V einstellen lassen (Abb. 41).
U1
U2
U
Abb. 41: Spannungen an einem
Schiebewiderstand.
6.5 Temperaturabhängigkeit des Widerstandes
Der Widerstand eines Drahtes ist nicht konstant, sondern von
seiner Temperatur abhängig. Diese kann sich auf zweierlei Art
ändern: Zum einen dadurch, dass er von außen erwärmt wird,
beispielsweise indem man ihn auf eine Herdplatte legt. Zum anĆ
deren dadurch, dass er sich selbst erwärmt, indem er vom Strom
durchflossen wird. Etwas vereinfacht kann man sich vorstellen,
dass die fließenden Elektronen sich an den Atomen des Drahtes
reiben und ihn dadurch erwärmen. Je größer die Stromstärke ist,
umso stärker erhitzt sich deshalb der Widerstand. Bei den meiĆ
sten Widerständen, die in elektrischen Schaltungen eingebaut
sind, ist die Stromstärke jedoch so gering, dass die Kühlung
durch die Luft ausreicht, damit er sich praktisch nicht erwärmt.
Manchmal möchte man aber genau das Gegenteil erreichen,
zum Beispiel bei elektrischen Heizplatten oder bei Glühlampen.
Hier nutzt man gezielt aus, dass der Strom den Draht (HeizspiĆ
rale, Glühfaden) erhitzt.
Messung von Strom und Spannung
Wasser:
Elektrizität:
Ein Messgerät, mit dem man den WasĆ
serstrom misst, nennt man Wasseruhr oder
Durchflussmesser.
Um den Wasserstrom in einer WasserleiĆ
tung zu messen, muss man die Leitung an
einer Stelle durchtrennen und zwischen die
beiden Enden eine Wasseruhr setzen, so
dass das Wasser nun durch die Uhr fließen
kann.
Ein Messgerät, mit dem man die elektriĆ
sche Stromstärke misst, nennt man AmĆ
peremeter.
Um die Stromstärke in einem Leiter zu
messen, muss man den Leiter an einer
Stelle durchtrennen und zwischen die beiĆ
den Enden ein Amperemeter setzen, so
dass die Ladungen nun durch das AmpereĆ
meter fließen können.
59
Q
Wasseruhr
12 V
Ein Messgerät, mit dem man die DruckĆ
differenz messen kann, nennt man DruckĆ
differenzmesser.
Um die Druckdifferenz zwischen zwei
Punkten der Rohre zu messen, muss man
die Anschlüsse des Druckdifferenzmessers
mit diesen beiden Punkten verbinden.
p
+
-
Ein Messgerät, mit dem man die SpanĆ
nungsdifferenz messen kann, nennt man
Voltmeter.
Um die Spannungsdifferenz zwischen
zwei Punkten der Schaltung zu messen,
muss man die Anschlüsse des Voltmeters
mit diesen beiden Punkten verbinden.
DruckdiffeĆ
renzmesser
12 V
+
-
6.6 Schaltzeichen
Um eine elektrische Schaltung übersichtlich abzubilden, zeichĆ
net man Schaltpläne, in der die einzelnen Bauteile durch geĆ
normte Schaltzeichen dargestellt werden.
Leitung
Leitung mit Abzweigung
gekreuzte Leitungen mit elektrischem Kontakt
gekreuzte Leitungen ohne elektrischem Kontakt
Widerstand
Schiebewiderstand (Achtung: 3 Anschlüsse)
60
Voltmeter
Amperemeter
Glühlampe
-
+
Spannungsquelle
12 V
6.7 Kennlinien
Legt man an ein elektrisches Bauteil nacheinander verschiedene
Spannungen an und misst die dazugehörigen Ströme, kann man
für dieses Bauteil ein Strom-Spannungs-Diagramm erstellen.
(vertikale Achse ¢ Stromstärke, horizontale Achse ¢ SpanĆ
nung) Diese Diagramme heißen in der Elektrotechnik ĘStromSpannungs-Kennlinien.
Die Strom-Spannungs-Kennlinie wird durch das Ohmsche
Gesetz beschrieben.
I(U) + 1 U
R
Falls sich die Temperatur bei der Erhöhung der Spannung
nicht ändert, ist der Widerstand R konstant und die StromSpannungs-Kennlinie eine Gerade, die durch den Ursprung
läuft und die Steigung 1/R hat.
Wenn sich jedoch bei der Erhöhung der Spannung die TempeĆ
ratur des Drahtes ändert, und somit der Widerstand keine KonĆ
stante mehr ist, hat die Strom-Spannungs-Kennlinie eine anĆ
dere Form.
6.8 Aufgaben:
Aufgabe 1: Messen und zeichnen Sie für ein Glühlämpchen die
Strom-Spannungs-Kennlinie für den SpannungsĆ
bereich von 0 bis 12 V. Bauen Sie dazu eine SchalĆ
tung auf, mit der Sie die Spannung an dem GlühĆ
lämpchen zwischen 0 und 12 V variieren können,
und mit der Sie gleichzeitig die Spannung am LämpĆ
chen und den Strom durch das Lämpchen messen
können. Die Kennlinie soll mindestens zehn MessĆ
punkte enthalten.
Aufgabe 2: Messen und zeichnen Sie für ein Glühlämpchen die
Strom-Spannungs-Kennlinie für den SpannungsĆ
bereich von 0 bis 1 V. Die Kennlinie soll mindestens
sechs Messpunkte enthalten.
61
Aufgabe 3: Berechnen und zeichnen Sie aus Ihren Messdaten
eine Widerstands-Spannungs-Kennlinie für den
Spannungsbereich von 0 bis 12 V.
Aufgabe 4: Berechnen und zeichnen Sie aus Ihren Messdaten
eine Widerstands-Spannungs-Kennlinie für den
Spannungsbereich von 0 bis 1 V.
Aufgabe 5: Berechnen Sie mit Hilfe Ihrer Kennlinien und der
Gleichung
R(í) + R 0(1 ) a @ Dí)
die Temperatur des Glühfadens bei 6 V und bei 12ĂV.
(Hinweis: Überlegen Sie sich, welche Spannung an
dem Glühlämpchen liegen muss, damit der GlühfaĆ
den Zimmertemperatur hat.)
6.9 Protokoll
Das Protokoll muss Folgendes enthalten:
1. Einen Schaltplan der Schaltung, mit der Sie die Messungen
durchgeführt haben, einschließlich einer Liste mit den techniĆ
schen Daten und Typbezeichnungen der verwendeten EleĆ
mente.
2. Die Originaltabelle mit den Messwerten, die Sie während des
Praktikums erstellt haben.
3. Die Strom-Spannungs-Kennlinie des Glühlämpchens für
den Bereich von 0 V bis 12 V.
4. Die Strom-Spannungs-Kennlinie des Glühlämpchens für
den Bereich von 0 V bis 1 V.
5. Die Widerstand-Spannungs-Kennlinie des Glühlämpchens
für den Bereich von 0 V bis 12 V.
6. Die Widerstand-Spannungs-Kennlinie des Glühlämpchens
für den Bereich von 0 V bis 1 V.
7. Die Berechnungen der Glühfadentemperatur bei 6 V und bei
12 V.
6.10 Bauelemente
Für das Experiment stehen Ihnen folgende Bauelemente zur
Verfügung:
6.10.1 SchiebeĆ oder Drehwiderstand
Der Schiebewiderstand ist ein Widerstandsdraht, der auf einen
Keramikkörper gewickelt ist. Er hat an beiden Enden eine AnĆ
schlussbuchse. Eine dritte Buchse ist mit einem Gleitkontakt
62
verbunden, der an eine beliebige Stelle des Drahtes geschoben
werden kann.
Gleitkontakt
Buchse für
den GleitĆ
kontakt
aufgewickelter Widerstandsdraht
Buchse für
das rechte
Drahtende
Buchse für das linke Drahtende
Manche Schiebewiderstände besitzen noch eine vierte, grüne
Buchse. Sie ist mit dem Gehäuse verbunden und hat für das ExĆ
periment keine Bedeutung.
6.10.2 Laborkabel
Die Laborkabel sind jeweils an beiden Enden mit BananenĆ
steckern versehen, die in die Buchsen aller Bauteile des ExperiĆ
ments passen.
6.10.3 Glühlämpchen
Die Glühlämpchen steckt in einer Fassung (Abb. 42). Es darf an
eine Spannung von höchstens 12 V gelegt werden.
Abb. 42: Glühlämpchen mit FasĆ
sung.
6.10.4 Multimeter
Mit Multimetern kann man Ströme und Spannungen messen
(und noch einige weitere elektrische Größen, die aber für dieses
Experiment nicht benötigt werden).
Bei einigen der Geräte muss man dabei die Gleichströme und
Ćspannungen (DC, =) von den Wechselströmen und ĆspannunĆ
gen (AC, X) unterscheiden. (Bei diesem Experiment gibt es nur
Gleichströme und Ćspannungen.)
Außerdem gibt es für die Ströme und Spannungen verschieĆ
dene Messbereiche. Der bei jedem Bereich angegeben Wert ist
immer der Höchstwert, der an die Messbuchsen gelegt werden
darf. So bedeutet beispielweise die Schalterstellung Ę20 V, das
in diesem Bereich das Messgerät Spannungen zwischen *20 V
und )20 V messen kann. Der Messwert ist umso genauer, je
kleiner der Messbereich gewählt wird. Deshalb sollte man, wenn
man eine Spannung von etwa 0,03 V messen will, nicht den MessĆ
63
bereich Ę2 V wählen, sondern den Ę200 mV. Einige der MultiĆ
meter zeigen im Display jeweils gültige Einheit an (mV, V, mA,
mA, A), andere machen dies jedoch nicht. Bei diesen Geräten
gilt immer die Einheit, die am Messbereichsschalter steht. Steht
beispielsweise der Messbereichsschalter auf 2 mA und das DisĆ
play zeigt 0.23 an, so fließt ein Strom von 0,23 mA.
Genauer Informationen schlagen Sie bitte in den beiliegenĆ
den Gebrauchsanweisungen nach.
Umschalter
Gleichstrom /
Wechselstrom
Einschalter
Umschalter
Gleichstrom /
Wechselstrom
MessbereichsĆ
schalter
MessbereichsĆ
schalter
Umschalter zwiĆ
schen Strom/
Spannung und
Widerstand
Buchse 1
2
3
Einschalter
4
Buchse 1
2
3
4
Umschalter
Gleichstrom /
Wechselstrom
Einschalter
MessbereichsĆ
schalter
Buchse 2
Buchse 4
Buchse 1
Buchse 3
Buchse 1
2
3
4
Die beiden Anschlusskabel müssen in folgende Buchsen geĆ
steckt werden:
1 und 3:
Strommessung im 20-A-Bereich
2 und 3:
Strommessung in den anderen Bereichen
4 und 3:
Spannungsmessung
64
6.10.5 Netzteil
Das Netzteil liefert eine konstante Spannung von 13,8 V.
Netzschalter
Ausgangsspannung
von 13,8 V
6.11 Selbsttest
Kreuzen Sie bitte die wahren Aussagen an. Es können jeweils
keine bis alle Aussagen wahr sein.
1.
j
j
j
j
2.
j
j
j
j
3.
j
j
j
j
Ein Widerstand von 4 W und ein Widerstand von 6 W werden
parallel geschaltet. Wie groß ist der Gesamtwiderstand der
Schaltung?
10 W
2,4 W
0,417 W
Der Gesamtwiderstand ist mit diesen Angaben nicht beĆ
stimmbar.
Welche Aussagen über das Amperemeter sind richtig?
Mit einem Amperemeter misst man elektrische SpannunĆ
gen.
Schließt man ein Amperemeter an die beiden Buchsen eiĆ
nes Netzteils an, erzeugt man einen Kurzschluss.
Um die Amperezahl einer Glühlampe zu messen, schließt
man das Amperemeter direkt vor und direkt hinter der
Lampe an.
Ein gutes Amperemeter hat einen sehr großen InnenwiderĆ
stand.
Wie verhält ein Wolframdraht bei Temperaturänderung?
Die Temperatur hat keinen Einfluss auf den elektrischen
Widerstand.
Je höher die Temperatur ist, umso größer ist der WiderĆ
stand.
Bei konstanter Spannung erhöht sich die Stromstärke im
Draht, wenn die Temperatur verringert wird.
Eine Veränderung der Spannung am Draht verändert nicht
die Temperatur des Drahtes.
65
4.
j
j
j
j
5.
j
j
j
j
6.
j
j
j
j
7.
j
j
j
j
66
Welche Aussagen über die elektrische Stromstärke sind
richtig?
Die Stromstärke in einem Draht ist die Ladungsmenge pro
Zeiteinheit, die durch den Querschnitt des Drahtes fließt.
.Bei konstantem Widerstand verdoppelt sich die StromĆ
stärke, wenn die Spannung verdoppelt wird.
Die Einheit der Stromstärke ist das Volt.
Man kann die Stromstärke in V/W angeben.
Ein Spannungsteiler
ist ein Netzteil mit einstellbarer Spannung.
ist ein Handwerker, der in Kraftwerken arbeitet. (Die poliĆ
tisch korrekte Berufsbezeichnung ist Ęder/die SpannungsĆ
teiler/in.)
besteht aus Widerständen.
ist ein Messgerät, mit dem man die Größe von WiderstänĆ
den misst, indem man die Spannungen teilt.
Der Widerstand eines Drahtes
ist umso größer, je dicker der Draht ist.
ist umso kleiner, je länger der Draht ist.
hängt nicht von den Abmessungen des Drahtes ab, sondern
nur vom Material.
verdoppelt sich, wenn sich der spezifische Widerstand halbĆ
iert.
Ein Schiebewiderstand
hat drei Anschlüsse.
hat zwischen seinen Buchsen die Widerstände R, r und R-r.
Dabei gilt 0 v r v R.
kann als Spannungsteiler fungieren.
erwärmt sich, wenn man an seine Buchsen an eine SpanĆ
nungsquelle anschließt.
6.12 Lösungen des Selbsttests
J = richtig
j = falsch
1. Frage
j Der Gesamtwiderstand R wird nach der Gleichung
R + R 1R 2ń(R 1 ) R 2) berechnet. 10 W erhielte man, wenn
die Widerstände in Reihe geschaltet wären.
J Der Gesamtwiderstand R wird nach der Gleichung
R + R 1R 2ń(R 1 ) R 2) berechnet.
j Der Kehrwert des Gesamtwiderstandes beträgt
1ńR + 1ńR 1 ) 1ńR 2 = 0,417 W-1. Um den GesamtwiderĆ
stand zu berechnen muss man noch R = 1/0,417 W-1 = 2,4
W rechnen.
j Der Gesamtwiderstand R wird nach der Gleichung
R + R 1R 2ń(R 1 ) R 2) berechnet und beide WiderstandsĆ
werte sind gegeben.
2. Frage
j Mit einem Amperemeter misst man elektrische StromstärĆ
ken. Die Einheit der Stromstärke ist das Ampere.
J Ein Amperemeter hat einen sehr kleinen Innenwiderstand.
Schließt man einen sehr kleinen Widerstand an ein Netzteil,
so nennt man dies einen Kurzschluss.
j So wird ein Voltmeter angeschlossen. Um ein AmperemeĆ
ter anzuschließen, wird eine der beiden ZuführungsleitunĆ
gen der Lampe unterbrochen und Messgerät dazwischen
geschaltet.
j Ein Amperemeter hat einen sehr kleinen Innenwiderstand.
3. Frage
j Der elektrische Widerstand eines Wolframdrahtes wächst
mit der Temperatur.
J Der elektrische Widerstand eines Wolframdrahtes wächst
mit der Temperatur.
J Der Widerstand R des Drahtes sinkt, wenn die Temperatur
verringert wird. Nach dem Ohmschen Gesetz Gesetz I =
U/R erhöht sich dadurch die Stromstärke I.
j Eine Veränderung der Spannung hat auch eine Änderung
der Stromstärke zur Folge und dies wiederum eine ÄndeĆ
rung der Temperatur.
4. Frage
J In einem Metall sind die Ladungsträger Elektronen. Die
Stromstärke ist die Ladungsmenge pro Zeiteinheit, die mit
den mit den Elektronen durch den Querschnitt des Drahtes
fließt.
J Nach dem Ohmschen Gesetz gilt I = U/R. Bei konstantem
Widerstand R ist somit der Strom I proportional zur SpanĆ
nung U.
67
j
J
Die Einheit der Stromstärke ist das Ampere (A). Volt (V)
ist die Einheit der elektrischen Spannung.
Nach dem Ohm'schen Gesetz gilt I = U/R. Da die Einheit
der Spannung U das Volt (V) ist und die des Widerstandes
R das Ohm (W), kann man die Einheit der Stromstärke auch
in V/W angeben.
5. Frage
j Falsch.
j Diesen Beruf gibt es nicht.
J Ein Spannungsteiler ist eine Schiebewiderstand oder eine
Reihenschaltung von zwei oder mehr Widerständen, der
eine Gesamtspannung in Verhältnis der Einzelwiderstände
aufteilt.
j Messgeräte, die Widerstände messen, heißen im AllgemeiĆ
nen Ohmmeter.
6. Frage
j Der Widerstand eines Drahtes hat den Wert R + òlńA. Er
wird also umso kleiner, je größer sein Querschnitt A wird.
j Der Widerstand eines Drahtes hat den Wert R + òlńA. Er
wird also umso größer, je größer seine Länge l wird.
j Der Widerstand eines Drahtes hat den Wert R + òlńA. Er
hängt also sowohl vom Material ab, denn der spezifische
Widerstand ò ist ein Materialparameter, als auch von seiner
Länge l und seinem Querschnitt A.
j Der Widerstand eines Drahtes hat den Wert R + òlńA. Er
wird also doppelt so groß, wenn sich der spezifische WiderĆ
stand ò verdoppelt.
7. Frage
J Stellt man sich den Schiebewiderstand als langen Draht vor,
so ist an beiden Enden des Drahtes je eine Buchse angeĆ
schlossen. Die dritte Buchse ist mit einem Schleifkontakt
verbunden, der über den ganzen Draht geschoben werden
kann.
J Stellt man sich den Schiebewiderstand als langen Draht vor,
der den Widerstand R hat, so ist der Widerstand zwischen
den beiden Buchsen an seinen Enden gerade R. Der WiderĆ
stand zwischen der ersten Buchse und der Buchse am
Schleifkontakt beträgt r, wobei r zwischen 0 und R schwanĆ
ken kann, je nachdem wo der Schleifer auf dem Draht steht.
Der Widerstand zwischen der Buchse am Schleifkontakt
und der zweiten Buchse beträgt R-r.
J Die Spannung U, die geteilt werden soll, wird an die beiden
Enden des Schiebewiderstands angeschlossen. Zwischen
dem einen Ende und dem Schleifkontakt kann man dann
die Spannung u abgreifen und zwischen dem Schleifkontakt
und dem anderen Ende die Spannung U-u. Dabei kann u
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J
je nach Stellung des Schleifkontakt zwischen 0 und U variieĆ
ren.
Durch die Spannung kommt es zum Stromfluss, und jeder
Stromfluss erwärmt einen Widerstand.
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