Physik/Klasse 9: Leistung in einer kombinierten Schaltung mit 3 Widerständen

Einleitung: In einer Glühlampe oder LED wird kontinuierlich elektrische Energie in Lichtenergie und innere Energie umgewandelt.

Die pro Zeit umgesetzte elektrische Energie heißt Leistung.

1. Ziel des Versuchs: Wie hängt die insgesamt in einer Schaltung mit mehreren Bauteilen umgesetzte Leistung mit den an den einzelnen Bauteilen umgesetzten Leistungen zusammen? Wir betrachten dazu eine kombinierte Reihen- und Parallelschaltung aus drei Widerständen (2 Glühlampen und ein 500 Ohm-Widerstand).

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 die Tabelle auf deinem Arbeitsblatt aus.

Lösung Arbeitsblatt: Wiederholung

Vorwissen auffrischen

Du musst für den folgenden Versuch wissen, wie man den Strom und die Spannung an der Glühlampe messen kannst. Falls du das nicht mehr weißt, 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. Überlege, wie du nun gleichzeitig die an der Glühlampe anliegende Spannung und die Stromstärke im Stromkreis messen kannst. Du musst dazu ein Bauteil im Stromkreis umstecken und die Messgeräte richtig anschließen.

Achtung: Immer erst die Spannungsquelle ausschalten, bevor du auf-, ab- oder umbaust!

Kontrolliere zuerst deine Lösung und zeichne das zugehörige Schaltbild, bevor du die Spannung anschaltest! Achte insbesondere darauf, dass vor der Durchführung die Messbereiche an den Messgeräten richtig eingestellt sind. Wähle lieber zunächst einen größeren Messbereich und verringere ihn dann, wenn möglich.

Lösung: Aufbau

Achte auch darauf, dass du die Messbereiche an den Messgeräten richtig einstellst.

Lösung: Schaltbild

3. Durchführung

Stelle die Spannung am Netzgerät so ein, dass an der Glühlampe genau eine Spannung von 4,0 V anliegt. Messe auch die Stromstärke im Stromkreis. Trage deine Ergebnisse in die Tabelle ein (lass die letzte Spalte noch frei).

Lösung: Durchführung

4. Messergebnisse

Trage deine Messergebnisse in die Tabelle auf dem Arbeitsblatt ein (Lösung weiter unten). Mit der folgenden Aufgabe kannst du prüfen, ob du Spannung und Stromstärke richtig ablesen kannst.

Lösung: Messergebnisse eintragen

Beachte, dass deine Werte leicht abweichen können.

5. Auswertung

Berechne die an der Glühlampe umgesetzte Leistung und trage sie in die Tabelle ein. Vergleiche den Wert mit der Leistung einer Lampe bei in der Schule oder bei dir zu Hause.

Lösung: Auswertung

Beachte, dass deine Werte leicht abweichen können.

Leistung LED-Lampe: etwa 13Watt (100mal so groß, dafür viel größere Lichtstärke)

Leistung Glühlampe (gleiche Lichtstärke wie LED): etwa 100W (weniger effizient wie LED, da ein weitaus größerer Teil der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt wird)