E1 – Bestimmung von Bauelementen in einer Black Box 1

E1 – Bestimmung von Bauelementen in einer Black Box
1 Aufgabenstellung
Bei diesem Experiment befinden sich unbekannte Bauelemente in verschlossenen
Schachteln, den Black Boxes. Mit Hilfe des Verlaufs von Stromstärke und Spannung
soll bestimmt werden, welches Bauelement sich in welcher Black Box befindet.
2 Vorbetrachtung
2.1 Erläutere das Ohmsche Gesetz sowie dessen Gültigkeitsbereich!
2.2 Skizziere den U-I-Verlauf eines Thermistors bzw. Heißleiters und begründe das
Zustandekommen der Kennlinie!
2.3 Recherchiere den zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung einer Spule mit
Eisenkern, eines Kondensators (Auf- und Entladen) und einer Glühlampe (Glühfaden
aus Wolfram) im Gleichspannungsstromkreis!
3 Geräte
- Stromversorgungsgerät
- 2x Multimeter
- Verbindungsleiter
- 5x Black Box
- Messsystem Cobra
4 Durchführung
Der Versuch besteht aus zwei Teilen. Die
Boxen 1 - 3 werden von Hand gemessen. Bei
den Boxen 4 und 5 werden die Werte
computergestützt
erfasst.
Für
beide
Messverfahren sind die Messabweichungen
zu notieren. Der Wechsel der Gruppen erfolgt
nach ca. 60 min.
4.1 Baue die abgebildete Schaltung auf.
Nimm anschließend die U-I-Kennlinie der
Boxen 1 und 2 mit einer Schrittweite von
0,5 V im Intervall von 0 bis 20 V auf. Beende
die Messung, falls die Stromstärke den Wert
von 200 mA überschreitet. Bei Box 3 ist der zeitliche Verlauf von Stromstärke und
Spannung beim Ein- und Ausschalten
zu messen. Dabei wird über einen
Messzeitraum von 3 min alle 10 s ein Messwert aufgenommen. Verwende zum
Unterbrechen und Schließen des Stromkreises einen separaten Schalter (s.
Schaltung), welcher in Reihe zur Black Box zu schalten ist. Nach Ablauf der 3 min
wird der Schalter wieder geöffnet und der wieder alle 10 s 3 min lang gemessen.
Notiere alle Messabweichungen und überführe den Arbeitsplatz wieder in seinen
Ausgangzustand!
4.2 Es sind die Boxen 4 und 5 zu vermessen.
Zur Messung wird das Messsystem Cassy Lab 2
verwendet. Öffne die Messsoftware „Cassy Lab“
und lade das entsprechende Programm, falls
noch nicht geschehen. Stelle am Netzteil eine
Spannung von ca. 3 V ein. Schließe nach einem
Klick auf den Button „Start“ den Stromkreis mit
dem Schalter und öffne diesen kurz darauf wieder. Stoppe anschließend die
Messung. Führe einen Doppelklick auf den Graphen aus, um Farbe und
Achsenskalierung zu ändern. Die Graphen können mittels Screenshotfunktion
(„Druck“-Taste auf der Tastatur, anschließend unter Start Alle Programme
Zubehör das Programm „Paint“ öffnen und unter durch Gleichzeitiges Drück von
STRG und V) auf den USB-Stick kopiert werden. Notiere alle Messabweichungen
und überführe den Arbeitsplatz wieder in seinen Ausgangzustand!
5 Auswertung
5.1 Stelle die Messwerte der Boxen 1-3 grafisch auf Millimeterpapier dar. Drucke die
Graphen der Boxen 4 und 5 aus.
5.2 Interpretiere die Graphen und stelle begründete Vermutungen auf, welches
Bauelement sich in welcher Box befindet.
5.3 Beschreibe Vor- und Nachteile einer computergestützten Messung!
5.4 Führe Fehlerbetrachtung und Fehlerrechnung durch!