Das Ohmsche Gesetz (Artikelnr.: P )

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Gedruckt: :42:56 P Das Ohmsche Gesetz (Artikelnr.: P372400) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-0 Lehrplanthema: Elektrizitätslehre Unterthema: Der elektrische Widerstand Experiment: Das ohmsche Gesetz Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Leicht 0 Minuten 0 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformationen Die Schüler sollen zunächst anhand der von ihnen ermittelten Messwerte das Ohmsche Gesetz I U erkennen. Anschließend sollen sie auch die Bedingung R = konstant für die Gültigkeit dieses Gesetzes finden. Um Irritationen bei der Verwendung des Wortes Widerstand vor der Definition des physikalischen Begriffes Widerstand aus dem Wege zu gehen, wird zunächst von den Bauelementen gesprochen, die mit 50 Ω bzw. 00 Ω gekennzeichnet sind. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Die Widerstandswerte sowie die einzustellenden Spannungswerte sind so abgestimmt, dass die Messbereiche 0 V- bzw. 300 ma- während der Messungen beibehalten werden können. Vor dem Einschalten der Netzgeräte muss auf die richtige Schaltung der Messinstrumente sowie auf die Einstellung der erforderlichen Messbereiche eingegangen werden. Anmerkungen Den Zusammenhang I ~ /R für U = konstant kann man nachweisen, indem man zeilenweise die Werte für I und R in der Tabelle vergleicht. Aus der Auftragung unter "Ergebnis - Tabelle " geht auch hervor, dass der Graph umso steiler verläuft, je kleiner der Widerstand ist. Die Gültigkeitsbedingung für das ohmsche Gesetz, R = konstant, ist für reine Metalle gleichbedeutend mit der Bedingung ϑ = konstant. Bestimmte Legierungen, z. B. Konstantan, haben innerhalb relativ großer Temperaturbereiche einen konstanten Widerstand. Robert-Bosch-Breite 0 Tel: info@phywe.de Göttingen Fax:

2 Gedruckt: :42:56 P Das Ohmsche Gesetz (Artikelnr.: P372400) Aufgabe und Material Aufgabe Welcher Zusammenhang besteht zwischen Spannung und Stromstärke? Ermittle eine Reihe von Messwertepaaren für die Spannung und die Stromstärke in einem Stromkreis und untersuche damit den Zusammenhang zwischen U und I. Robert-Bosch-Breite 0 Tel: info@phywe.de Göttingen Fax:

3 Gedruckt: :42:56 P Material Position Material Bestellnr. Menge Leitungs-Baustein, winklig, SB Leitungs-Baustein, unterbrochen, SB Leitungs-Baustein, winklig mit Buchse, SB Ausschalter, SB Lampenfassung E0, SB Widerstand 50 Ohm, SB Widerstand 00 Ohm, SB Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, blau Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, blau Glühlampen 2 V/0, A, E0, 0 Stück () 3 Vielfachmessinstrument, analog PHYWE Netzgerät DC: V, 2 A / AC: 6 V, 2 V, 5 A Robert-Bosch-Breite 0 Tel: info@phywe.de Göttingen Fax:

4 Gedruckt: :42:56 P Aufbau und Durchführung Aufbau. Versuch Versuch entsprechend Abb. und Abb. 2 aufbauen und dabei zunächst das Bauelement mit der Beschriftung 50 Ω einsetzen. Abb. Abb Versuch Versuchsaufbau variieren: anstelle eines technischen Widerstandes die Glühlampe in den Stromkreis einbauen. Ersetze den 00-Ω-Baustein durch die Glühlampe (Abb. 3). Schließe das Netzgerät und das Vielfachmessinstrument an wie zuvor (Abb. 4). Abb. 3 Abb. 4 Robert-Bosch-Breite 0 Tel: info@phywe.de Göttingen Fax:

5 Gedruckt: :42:56 P Durchführung. Experiment Schalter schließen. Netzgerät einschalten und - von 0 V beginnend - die Spannung in Schritten von je 2 V erhöhen; die jeweilige Stromstärke messen und, die Messwerte in Tabelle im Protokoll eintragen. Spannung auf 0 V zurück stellen und den 50-Ω-Baustein durch den 00-Ω-Baustein ersetzen. Spannung wiederum in Schritten von 2 V erhöhen, die jeweilige Stromstärke messen und in Tabelle eintragen. Schalter öffnen, Netzgerät ausschalten. 2. Experiment Schalter schließen. Gleichspannung anlegen und wiederum in Schritten von 2 V von 0 V aus erhöhen, die jeweilige Stromstärke messen und in Tabelle 2 im Protokoll eintragen. Während des Versuches die Helligkeit der Glühlampe beobachten und Beobachtungen im Protokoll notieren. Schalter öffnen, Netzgerät ausschalten. Robert-Bosch-Breite 0 Tel: info@phywe.de Göttingen Fax:

6 Gedruckt: :42:56 P Protokoll: Das ohmsche Gesetz Ergebnis - Tabelle (20 Punkte) Notiere Deine Messwerte aus dem ersten Versuch. Bilde aus den Messwertepaaren die Quotienten U/I und trage sie ebenfalls in die Tabelle ein. U in V I in A Quotient U I in V A mit 50-Ω-Baustein mit 00-Ω-Baustein mit 50-Ω-Baustein mit 00-Ω-Baustein Number.0 50 Ω 00 Ω 0.5 I in A U in V Robert-Bosch-Breite 0 Tel: info@phywe.de Göttingen Fax:

7 Gedruckt: :42:56 P Ergebnis - Tabelle 2 (9 Punkte) Notiere Deine Messwerte zum zweiten Versuch. Berechne den Quotienten U I für die Messwertepaare. U in V I in A U/I in V/A Number.0 Glühlampe 0.5 I in A Robert-Bosch-Breite 0 Tel: info@phywe.de Göttingen Fax:

8 Gedruckt: :42:56 P Ergebnis - Beobachtungen (0 Punkte) Notiere Deine Beobachtungen zur Helligkeit der Glühlampe im zweiten Experiment. Auswertung - Frage (0 Punkte) Das Diagramm für die Messungen des ersten Experiments befindet sich unter "Ergebnis - Tabelle ". Welcher Zusammenhang besteht vermutlich zwischen der Stromstärke I und der Spannung U für jedes der Bauelemente? Robert-Bosch-Breite 0 Tel: info@phywe.de Göttingen Fax:

9 Gedruckt: :42:56 P Auswertung - Frage 2 (0 Punkte) Du hast aus den Messwertepaaren die Quotienten U I gebildet und deren Werte in der Tabelle eingetragen. Überprüfe Deine Vermutung mithilfe der Quotienten. Was stellst du fest? Auswertung - Frage 3 (0 Punkte) Beim 50-Ω-Baustein ist der Wert für U I etwa halb so groß wie beim 00-Ω-Baustein. Es ist daher nahe liegend, den Quotienten U I = konstant als elektrischen Widerstand R (engl.: resistence) zu definieren : U I = R. Die Einheit des Widerstandes ist V / A = Ω. Berechne die Mittelwerte von U I für den 50-Ω-Baustein und den 00-Ω-Baustein und vergleiche diese mit den Aufdrucken auf den verwendeten Bauelementen. Wie kann man die Abweichungen erklären? Robert-Bosch-Breite 0 Tel: info@phywe.de Göttingen Fax:

10 Gedruckt: :42:56 P Auswertung - Frage 4 (0 Punkte) Betrachte das Diagramm für die Messungen des zweiten Experiments, welches sich unter "Ergebnis - Tabelle 2" befindet. Du hast in Tabelle 2 den Quotienten U I berechnet. Gilt das Ohmsche Gesetz auch für die Glühlampe? Begründe deine Antwort. Auswertung - Frage 5 (0 Punkte) Während die Definitionsgleichung R = U I stets gilt, falls I 0, gilt das Ohmsche Gesetz nur unter einer bestimmten Bedingung. Welche ist das? (Hinweis: Die Helligkeit der Glühlampe ist ein Maß für die Temperatur ihrer metallischen Glühwendel). Robert-Bosch-Breite 0 Tel: info@phywe.de Göttingen Fax:

11 Gedruckt: :42:56 P Auswertung - Frage 6 (0 Punkte) Betrachte die Widerstände in den Bausteinen des Gerätesets und beschreibe sie: Robert-Bosch-Breite 0 Tel: info@phywe.de Göttingen Fax: