Weiterführender Link: Lernvideo (fu-berlin.de) (Lernvideo zur Auswertung der Kennlinien und zum Ohm'schen Gesetz)
Version vom 7. Juli 2022, 11:31 Uhr
1. Fragestellungen
Wie ändert sich in einem Draht die Intensität der Elektronenströmung in Abhängigkeit von der Spannung? Ist das Verhalten vom verwendeten Material abhängig?
Benötigte Materialien
Für die folgenden Experimente benötigst du folgende Materialien:
1 Steckbrett, Box 1: Grundschaltungen, 2 Multimeter, 6 Kabel, 1 Netzgerät; aus dem blauen Koffer: zwei Klemmen, Kontantan-Draht (blaue Rolle) und Kupferdraht (schwarze Rolle)
Vorwissen auffrischen
Du musst für den folgenden Versuch wissen, wie man den Strom und die Spannung an einem Bauteil messen kann. Falls du das nicht mehr weißt, hilft dir dieses Video:
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 abgebildet auf. Überlege dir, wie du gleichzeitig die Stromstärke durch den Draht und die am Draht abfallende Spannung messen kannst! Erstelle einen beschrifteten Schaltplan auf dem Arbeitsblatt rechts neben dem Foto (Schaltzeichen für den Draht ist bereits vorgegeben).
Lösung: Schaltbild
Baue den Versuch nach deinem Schaltplan auf (du musst dafür einen Baustein austauschen). Verwende zunächst den blauen Draht (Konstantan). Überprüfe, ob die Messgeräte auf die richtigen Messbereiche eingestellt sind, bevor du weitermachst.
Lösung: Aufbau
Achte darauf, dass die Messgeräte richtig angeschlossen sind (unterschiedliche Ausgänge für Strom- und Spannungsmessung!) und dass du die Messbereiche an den Messgeräten richtig einstellst. Hier werden Stromstärken über 200mA gemessen, deshalb muss der Messbereich auf 10A eingestellt werden.
3. Durchführung
(1) Welche Größe musst du im Experiment messen?
(2) Welche Größe veränderst du im Experiment?
Beschreibe in Worten, wie du den Versuch durchführen wirst.
Lösung: Durchführung
(1) Welche Größe musst du im Experiment messen? -->Die Stromstärke I
(2) Welche Größe veränderst du im Experiment? -->Die Spannung U
Beschreibung der Durchführung:
Die Spannung an der Spannungsquelle wird in gleichmäßigen Schritten erhöht und die Stromstärke in Abhängigkeit von der Spannung gemessen. Die Werte für Spannung und Stromstärke werden in die Tabelle eingetragen.
4. Messergebnisse
Trage deine Messergebnisse in die Tabelle auf dem Arbeitsblatt ein.
Lösung: Messergebnisse eintragen
Beachte, dass deine Werte leicht abweichen können.
5. Auswertung
Trage die Messwerte für jedes untersuchte Bauteil in ein U-I-Diagramm ein, d. h. du trägst die Spannung U nach rechts und die Stromstärke I nach oben auf. Zeichne jetzt eine ausgleichende Kurve (Kennlinie) in jedes Diagramm ein; die Kurve soll Messungenauigkeiten „ausgleichen“, indem sie sinnvoll „zwischen“ den Kreuzchen im Diagramm verläuft und den Verlauf der Kreuzchen gut widerspiegelt.
Lösung: Kennlinie Konstantan
Beachte, dass deine Werte leicht abweichen können.
Lösung: Kennlinie Kupfer
Beachte, dass deine Werte leicht abweichen können.
Suche dir für jedes Bauteil drei verschiedene Werte für die am Bauteil abfallende Spannung U heraus, lies die zugehörige Stromstärke I mithilfe der Kurve ab und berechne den Widerstand R des Bauteils für jeden Spannungswert.
Lösung: Widerstandswerte
Beispielwerte (Ablesepunkte sind in den Diagrammen oben durch Kreise markiert):
Konstantan (links), Kupfer (rechts); Widerstandswerte in Ohm
Was kannst du über den Widerstand der Bauteile aussagen? Formuliere deine Ergebnisse:
Lösung: Formulierung der Erkenntnisse
In beiden Fällen nimmt die Intensität der Elektronenströmung (I) mit zunehmender Spannung U zu. Der Widerstand von Konstantan bleibt konstant (daher der Name). Der Widerstand von Kupferdraht nimmt mit zunehmender Spannung zu: Mit zunehmender Spannung und damit Stromstärke steigt auch die Temperatur im Kupferdraht. Bei höherer Temperatur schwingen die Atomrümpfe im Draht stärker hin und her und die Elektronen können den Draht nicht mehr so gut passieren. Der Widerstand im Draht steigt also mit zunehmender Temperatur an.
Weiterführender Link: Lernvideo (fu-berlin.de) (Lernvideo zur Auswertung der Kennlinien und zum Ohm'schen Gesetz)
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