Das ohmsche Gesetz (Artikelnr.: P )

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1 Das ohmsche Gesetz (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-10 Lehrplanthema: Elektrizitätslehre Unterthema: Der elektrische Widerstand Experiment: Das ohmsche Gesetz Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 10 Minuten 10 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Prinzip und Material Prinzip Es soll untersucht werden, welcher Zusammenhang zwischen elektrischer Spannung und Stromstärke besteht. Versuchsaufbau

2 Material Position Material Bestellnr. Menge 1 Demo Physik Hafttafel mit Gestell Analog-Demomultimeter ADM PHYWE Netzgerät, universal Leitungs-Baustein, unterbrochen, DB Leitungs-Baustein, winklig, DB Leitungs-Baustein, T-förmig, DB Ausschalter, DB Elektrische Symbole für Demo-Tafel, 12 Stück Widerstand 50 Ohm, DB Widerstand 100 Ohm, DB Lampenfassung E10, DB Glühlampen 12 V/0,1 A, E10, 10 Stück Verbindungsleitung, 32 A, 1000 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 1000 mm, blau

3 Aufbau und Durchführung 1. Versuch Versuch entsprechend Abb. 1 aufbauen und dabei zunächst den Widerstand 50 Ω (in Tabelle 1 mit R 1 bezeichnet) einsetzen; Messbereiche 10 V- bzw. 300 ma- einstellen Schalter schließen, Netzgerät einschalten und von 0 V beginnend Spannung in 2-V-Schritten erhöhen; jeweilige Stromstärke messen und Messwerte in Tabelle 1 eintragen Spannung auf 0 V stellen und anstatt R 1 = 50 Ω den Widerstand R 2 = 100 Ω in den Stromkreis einbauen In gleicher Weise wie vorher die Stromstärke schrittweise ermitteln und in Tabelle 1 notieren Netzgerät auf 0 V stellen Fig Versuch Anstelle des technischen Widerstandes die Glühlampe in den Stromkreis einbauen Wie beim 1. Versuch Spannung von 0V beginnend in 2-V-Schritten erhöhen, die jeweils erreichte Stromstärke messen und Messwerte in Tabelle 2 notieren; Glühlampe während der Messreihe beobachten (1)

4 Beobachtung und Auswertung Beobachtung Tabelle 1 (R 1 ) (R 2 ) (R 1 ) (R 2 ) ,039 0, ,079 0, ,120 0, ,161 0, ,201 0, Tabelle , , , , , Die Helligkeit der Glühlampe wächst mit zunehmender Spannung bzw. Stromstärke.

5 Auswertung Aus der grafischen Darstellung der Messwertreihen zum 1. Versuch (Abb. 2) geht hervor, dass für beide Bauelemente offenbar ein linearer Zusammenhang zwischen der Spannung U und der Stromstärke I besteht. Vermutlich gilt also. Um diese Vermutung zu untermauern, werden in der Tabelle 1 für beide Bauelemente die Quotienten U / I eingetragen. Im Rahmen der Messgenauigkeit bleiben diese jeweils konstant. Es gilt also bzw.. Dieser Zusammenhang wird ohmsches Gesetz genannt. Nach Einführung des Begriffs elektrischer Widerstand liegt es nahe, den Quotienten U / I als Widerstand R zu definieren:. Aus der grafischen Darstellung der Messwerte zum 2.Versuch (Abb. 3) geht hervor, dass das ohmsche Gesetz für das Bauelement Glühlampe nicht gilt. Bei der Glühlampe wächst der Widerstand bei Erhöhung der Stromstärke, die eine Temperaturerhöhung bewirkt. Offenbar ist der Widerstand der Glühlampe temperaturabhängig. Damit ist eine weitere Erkenntnis gewonnen: Das ohmsche Gesetz gilt nur für Bauelemente, deren Widerstand konstant ist. ist die Gültigkeitsbedingung für das ohmsche Gesetz. Abb. 2 Abb. 3 Anmerkung Um Irritationen bei der Verwendung des Wortes Widerstand vor der Definition des physikalischen Begriffs Widerstand zu vermeiden, sollte zunächst von den Bauelementen R 1 und R 2 gesprochen werden, die mit 50 Ω bzw. 100 Ω gekennzeichnet sind. Das Verständnis des Begriffs Widerstand wird erleichtert, wenn man die Messwerte in Tabelle 1 vorher analysiert: Für jede der angelegten Spannungen ist die Stromstärke bei R 2 etwa halb so groß wie bei R 1. R 2 behindert den Strom etwa doppelt so stark wie R 1, setzt dem Strom also einen etwa doppelt so großen Widerstand entgegen. Der Satz magnethaftender elektrischer Symbole für die Demo-Tafel ermöglicht die demonstrative Beschriftung der Schaltung. Der Satz besteht aus V - und A - Kennzeichen sowie aus leeren Flächen für eigene Beschriftungen. Damit können z. B. die Anschlüsse für Strom- und Spannungsmessung bezeichnet werden. Die selbst beschrifteten Flächen dienen z. B. zur Kennzeichnung der angelegten Spannung oder zur Angabe von Positionen, Schalterstellungen usw..