Klasse 9: Leistung in einer kombinierten Schaltung mit 3 Widerständen

1. Fragestellung

Wie hängt die insgesamt in einer Schaltung mit mehreren Bauteilen umgesetzte Leistung mit den an den einzelnen Bauteilen umgesetzten Leistungen zusammen?

Vermutung: Was glaubst du? Kreuze auf dem Arbeitsblatt an, welchen Zusammenhang du vermutest.

Benötigte Materialien

Für die folgenden Experimente benötigst du folgende Materialien:

1 Steckbrett, Box 1: Grundschaltungen, 2 Multimeter, 6 Kabel, 1 Netzgerät, 1 Widerstand 500 Ohm aus Box 2

Wiederholung

Bearbeite das kurze Quiz zur elektrischen Leistung und fülle den Kasten auf deinem Arbeitsblatt aus.

Lösung Arbeitsblatt: Wiederholung

Vorwissen auffrischen: Messung von Stromstärke und Spannung an einem Bauteil und Einstellung des Multimeters

Falls du nicht mehr weißt wie man Stromstärke und Spannung misst, hilft dir dieses Video:

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FortfahrenAusblenden

In unseren Versuchen können wir sowohl zur Messung der Spannung, als auch zur Messung der Stromstärke das gleiche Gerät benutzen: Das Multimeter. Du musst es nur für die Spannungsmessung und für die Strommessung jeweils unterschiedlich in den Stromkreis einbauen und die korrekte Einstellung vornehmen. Prüfe dein Wissen mit dem Quiz:

Was misst du, wenn du das Messgerät auf den jeweils angegebenen Bereich einstellst?

2. Aufbau

Baue den Versuch wie auf dem Foto unten auf.

3. Durchführung

Baue die beiden Multimeter so in die Schaltung ein, dass du gleichzeitig…

• die insgesamt am Stromkreis anliegende Spannung Uges

• die Gesamtstromstärke Iges im Stromkreis messen kannst.

Achte darauf, bei den Multimetern die richtigen Messbereiche einzustellen. Korrigiere deine Lösung, bevor du die Spannungsquelle anschaltest und deine Messung durchführst.

Lösung: Gesamtstromstärke und Spannung messen

Erhöhe langsam die Spannung, bis beide Glühlampen leuchten. Stelle die Spannung auf einen geraden Wert ein, z.B. 6,0 V. Notiere deine Messwerte für Uges und Iges in der Tabelle auf dem Arbeitsblatt und schalte die Spannung dann aus (erst Drehknopf).

Überlege nun, welche Messungen du außerdem noch durchführen musst, um am Ende die Leistungen für jedes der drei Bauteile zu bestimmen.

Lass das Messgerät für die Gesamtspannung Uges aber für jede Messung an Ort und Stelle und messe immer nur eine zusätzliche Größe. Um die Messwerte später vergleichen zu können, müssen wir in jeder Messung wieder exakt dieselbe Gesamtspannung anlegen, sodass auch die Gesamtleistung in der Schaltung (annähernd) unverändert ist.

Baue deine Schaltung entsprechend um und miss die fehlenden Größen. Trage deine Messwerte in die Tabelle auf dem AB ein.

Verwende die Lösung nur, wenn du bei einer Messung nicht weiterkommst! Überprüfe nicht jeden einzelnen Messwert, das nimmt die Spannung beim Experimentieren.

Lösung: Bauteil 1 (Glühlampe oben)

Beachte, dass deine Werte abweichen können.

Spannungsmessung:

Die Stromstärke durch Bauteil 1 hast du bereits gemssen.

Lösung: Bauteil 2 (Widerstand)

Beachte, dass deine Werte abweichen können.

Spannungsmessung:

Messung der Stromstärke:

Lösung: Bauteil 3 (Glühlampe)

Beachte, dass deine Werte abweichen können.

Spannungsmessung:

Messung der Stromstärke:

4. Messergebnisse

Trage deine Messergebnisse in die Tabelle auf dem Arbeitsblatt ein. Die Lösung zeigt Werte einer Beispielmessreihe.

Lösung: Messergebnisse eintragen

Beachte, dass deine Werte abweichen können.

5. Auswertung

Bestimme alle Leistungen und erkläre, wie man die insgesamt umgesetzte Leistung aus den Leistungen der einzelnen Bauteile berechnen kann. Vergleiche mit deiner Vermutung zu Beginn. Erkläre auch die Ursache für diesen Zusammenhang.

Lösung: Auswertung

Beachte, dass deine Werte abweichen können. Leistungen: vgl. Tabelle, Formel jeweils:

Die Summe der Leistungen an den drei Bauteilen beträgt 215 mW.

Wenn man die an den einzelnen Bauteilen umgesetzten Leistungen addiert, erhält man (fast) die Gesamtleistung der Schaltung. Es gilt also:

Dahinter steckt der Energieerhaltungssatz: Die insgesamt pro Zeiteinheit umgesetzte elektrische Energie der Schaltung ist die Summe der an den einzelnen Bauteilen pro Zeiteinheit umgesetzten elektrischen Energie.

Da auch ein Teil der elektrischen Energie an den Leitungen zwischen den drei Hauptbauteilen umgesetzt (in Wärme umgewandelt) wird, ist die Summe etwas kleiner als die insgesamt umgesetzte elektrische Leistung.