BWB-2-2013-Black-Box-Loesungsvorschlag
Werbung
32. Österreichische Physikolympiade 2013 Untersuchung einer „Black Box“ - Lösungsvorschlag Es ist zweckmäßig, die Black Box zuerst mit geschlossenem Schalter zu untersuchen. Kennlinie grün – gelb: siehe Messdaten (Datei) Kennlinie gelb – blau: siehe Messdaten (Datei) Kennlinie grün – blau: siehe Messdaten (Datei) Kennlinie schwarz – grün / blau / gelb siehe Messdaten (Datei) Folgerungen aus den drei Kennlinien: Bei geschlossenem Schalter enthalten die Zweige, die von der gelben / der grünen / der blauen Buchse ausgehen, diese vorerst unbekannten Bauteile: grün – gelb: Diode und ohmscher Widerstand; in Durchlassrichtung 47,1k - 0,1k(ohmscher Widerstand) grün – blau: Diode und ohmscher Widerstand; in Durchlassrichtung 2,1k - 0,1k(ohmscher Widerstand) gelb – blau: Nur ohmsche Widerstände; Gesamtwiderstand 49k Der Zweig, der von der gelben Buchse ausgeht, enthält einen Widerstand von 47k ±1k ±0,04 Der Zweig, der von der grünen Buchse ausgeht, enthält eine Diode. Liegt an der grünen Buchse der negative Pol, dann ist die Diode in Durchlassrichtung. Der Zweig, der von der schwarzen Buchse ausgeht, hat bei geschlossenem Schalter nur ohmsche Widerstände zu gelb und blau. Von schwarz auf grün liefern die Messdaten eine Diode im grünen Zweig. Der Widerstand in Durchlassrichtung zeigt ziemlich genau 100 Ohm. Das weist darauf hin, dass bei geschlossenem Schalter der Zweig der schwarzen Buchse (fast) 0 hat. Diese Kennlinien „gelb“, „blau“ und „grün“ ändern sich nicht, wenn der Schalter geöffnet wird. Daher muss der Schalter im Zweig eingebaut sein, der von der schwarzen Buchse ausgeht. Schalter offen: Zweig, der von der schwarzen Buchse ausgeht: Bei Gleichspannung sperrt das Bauteil, das in diesem Zweig eingebaut ist, in beiden Richtungen, bei Wechselspannung fließt Strom. Daraus folgt, dass sich im Zweig, der von der schwarzen Buchse ausgeht, ein Kondensator befindet. Im Folgenden können die Daten des Kondensators ermittelt werden. Aufladen z.B. über die Buchsen schwarz und blau auf 10V. Anschließend Aufnehmen der Entladekurve mit Hilfe der Schaltung rechts: Auswertung der Daten: Für die Entladekurve gilt: U (t ) U 0 e t , wobei 1 . RC Durch Logarithmieren erhält man t . RC Aus der Geradengleichung y kx d erhält man 1 1 k C RC kR ln U (t ) ln U 0 t ln U 0 32. Österreichische Physikolympiade 2013 R erhält man aus R R1 R2 RVoltmeter 2k R1 R2 RVoltmeter . Aus der Steigung und der grafischen Fehlerabschätzung erhält man für C= 53±3F. Ermittlung des Fehlers durch Ermittlung der Abweichung von der subjektiven Bestgeraden, hier am Beispiel des Kondensators:
