1. Reihenschaltung eines Festwiderstandes mit einem

Lernstationen 8/2 Friedrich-Schiller-Gymnasium Königs Wusterhausen
1. Reihenschaltung eines Festwiderstandes mit einem veränderlichen
Widerstand
Schülerexperiment für ein Wahlprotokoll
Vorbetrachtungen:
1. Berechne den elektrischen Widerstand eines Kupferdrahtes mit einer Länge von 400 m
und einer Querschnittfläche von 0,4 mm².
2. (LB Seite 155, rechts unten) Ein solcher Gleitwiderstand wird aus dem Material nach
Vorbetrachtung 1 aufgebaut. Welchen Wert hat dessen elektrischer Widerstand, wenn
der „Mittelabgriff“ a) links b) in der Mitte c) rechts positioniert wird?
Durchführung:
Gemäß neben stehendem Schaltplan sollen gemessen werden:
1. Die Gesamtspannung UGES (bleibt unverändert)
an den Anschlüssen des SVG.
2. Für fünf verschiedene Einstellungen (einschließlich Minimum
und Maximum) des veränderlichen Widerstands
a) die Spannung UF am Festwiderstand;
ergänze durch Folgerung über UGES jeweils die Spannung UV über dem veränderlichen
Widerstand
b) jeweils die Stromstärke I.
Die Messungen werden in einer übersichtlichen Tabelle erfasst. Beachte beim Einrichten
der Tabelle eine Zeile für RV (Auswertung 1)
Auswertung:
1. Berechne jeweils aus UV und I den Widerstand RV (ergänzen der Wertetabelle aus der
Durchführung).
2. Zeichne folgende Diagramme:
a) UV und UF in Abhängigkeit Rv (ein Diagramm, verwende zwei
Farben)
b) I in Abhängigkeit von RV.
3. Diese Schaltung kann man z.B. zum Regeln der Lautstärke verwenden. In der
Theorie reicht eigentlich die Verwendung des veränderlichen Widerstands. Der
Festwiderstand übernimmt aber in der Praxis immer eine Absicherung. Welche?
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2. Einfluss des Messbereichs beim Messen elektrischer Größen
1. Löse die Aufgaben im Lehrbuch S. 170 Nr. 7 und S. 171 Nr. 11.
2.
3. Experiment:
3.1 Baue einen Grundstromkreis mit einem Festwiderstand auf. Gemessen werden die
Stromstärke und die Spannung. Zeichne einen Schaltplan.
3.2 Stelle am SVG eine Spannung von ca. 2 V. Ermittle U im Messbereich 3 V und 10 V
sowie die Stromstärke I in einem (dem geeignetsten) Messbereich.
Berechne jeweils R und vergleiche den Wert mit der Angabe, die auf dem Widerstand
aufgedruckt ist.
3.3 Ermittle nun eine Spannung, bei der die Stromstärke in zwei verschiedenen
Messbereichen des Strommessers ablesbar wird (R nach Angabe auf dem Widerstand).
Stelle diese Spannung am SVG ein. Ermittle U (im geeignetsten Messbereich) und I,
jeweils bei Verwendung der beiden Messbereiche des Strommessers.
Berechne auch hier jeweils den Widerstand R und vergleiche mit dem Aufdruck.
3.4 Betrachte nun erneut Lehrbuch Seite 171 Nr. 11, Zeigerstellung D.
Der Messbereich sei 30 V. Eine Schülergruppe liest nach den bisherigen Erfahrungen
U = 26 V ab. Als genaue Ablesevorschrift gilt:
Messbereich
Vollauschlag
Ermittle mit dieser Formel den genauen Messwert. Gib den Fehler in Prozent an, der
durch das vereinfachte Verfahren gegenüber der Ablesevorschrift entsteht.
Weiterhin gibt der Hersteller an: Die Genauigkeit (Güte) des Messgerätes beträgt in
diesem Messbereich 2,5 % des Endausschlags.
Vergleiche den Fehler beim vereinfachten Ablesen mit der Güte im Messbereich.
Messwert  Ablesewert 
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3. Strom- und spannungsrichtiger Schaltungsaufbau
Schülerexperiment für ein Wahlprotokoll
Vorbetrachtungen: (Beziehe Abbildung 2 Lehrbuch S. 150 ein.)
1. Wie lautete das Gesetz für die Spannungen bei einer Reihenschaltung?
2. An der Glühlampe soll eine möglichst hohe Spannung gemessen werden. Wie hoch
muss dann RR des Widerstandes im Vergleich zu RG der Glühlampe sein?
3. Der Widerstand wird durch einen Strommesser ersetzt. Diese Schaltung haben wir
bisher vereinfacht als „Grundstromkreis mit Messung von U und I“ bezeichnet.
Da Messgeräte grundsätzlich auch Innenwiderstände haben liegt damit bereits eine
Reihenschaltung von Glühlampe und Strommesser vor.
Wie sollte der Innenwiderstand von Strommessern vom Hersteller aus geplant sein,
damit die Spannung an der Quelle UQ möglichst gering von der Spannung UG der
Glühlampe abweicht?
Ist UG kleiner oder größer als UQ?
Durchführung:
Übernimm die Schaltpläne in Dein Protokoll.
Schaltung I:
Schaltung II
Baue nacheinander die Schaltungen I und II auf.
Erfasse jeweils die Spannung U und die Stromstärke I.
Auswertung:
1. Berechne jeweils daraus den Widerstand R und vergleiche mit dem Aufdruck.
2. Welche der Schaltungen wird als „stromrichtig“, welche als „spannungsrichtig“
bezeichnet? Begründe.
3. In der spannungsrichtigen Schaltung ist also die Stromstärke verfälscht. Ist sie zu groß
oder zu klein? Begründe.
4. Wie sollte der Innenwiderstand von Spannungsmessern vom Hersteller konstruiert
werden? Begründe.
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4. Optische und thermische Sensoren
1. Löse die Aufgaben 5 und 10 im Lehrbuch Seite 170 sowie die Aufgabe 21 auf der Seite
172.
2. Beim Sprachkapseln wird u.a. die Veränderlichkeit des Widerstandes durch äußere
Einflüsse ausgenutzt. Erläutere ein Beispiel: Lehrbuch Seite 172 Aufgabe 26.
3. Experiment I
3.1 Zeichne einen Schaltplan: Bei einer Reihenschaltung von einem Festwiderstand und
einem Fotowiderstand (TW Seite 97) sollen die beiden Teilspannungen ermittelt werden.
Baue die Schaltung auf (U = 6V). Protokolliere jeweils beide Teilspannungen:
a) normaler Lichteinfall im Klassenraum
b) abgedunkelt (einfach zuhalten).
3.2 Wir entfernen den Festwiderstand und den dazugehörigen Spannungsmesser.
Was zeigt der Spannungsmesser in den Zuständen a) und b) an?
Begründe damit die Notwendigkeit des Festwiderstandes in der Schaltung.
4. Experiment II
4.1 Eine Reihenschaltung besteht aus zwei Widerständen: 2 kΩ und 4 kΩ.
Berechne die Teilspannungen über den Widerständen bei einer Gesamtspannung
von 6 V.
4.2 Wir ersetzen den Fotowiderstand in Experiment 1 durch einen temperaturabhängigen
Widerstand.
(Schaltzeichen Tafelwerk, neuer Schaltplan nicht erforderlich)
Dabei ist noch nicht bekannt, ob es sich um einen NTC- oder PTC-Widerstand handelt.
Zu messen sind die Teilspannungen bei Zimmertemperatur und Erwärmung.
Protokolliere.
4.3 Handelt es sich um einen NTC- oder PTC-Widerstand? Begründe.