E-Labor im WS / SS. Versuch HS Homogenes Strömungsfeld / Passive Zweipole

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1 Abteilung Maschinenbau im S / SS Versuch / Gruppe: Verfasser Name Vorname Matr.-Nr. Semester Teilnehmer Teilnehmer BTTE ANKREUZEN Messprotokoll Versuchsbericht Professor(in) / Lehrbeauftragte(r): Datum der Durchführung: Vortestat Testat

2 Seite 2 von 5 1 Vorbereitung 1.1 Frischen Sie hre Kenntnisse über das elektrische Strömungsfeld auf. Die Bedeutung (Definition) der Begriffe Spannung, Potenzial, Stromstärke, Stromdichte, iderstand, spezifischer iderstand, Leitfähigkeit, Leistung und Energie muss hnen vertraut sein. 1.2 Stellen Sie in einer Skizze dar, wie die Kennlinie U = f() eines metallenen Leiters qualitativ verläuft, wenn sich der iderstand des Leiters mit der Erwärmung durch die eigene Verlustleistung erhöht. 1.3 Schätzen Sie rechnerisch ab, welche Spannung an dem metallenen Leiter gemäß Abschnitt 2 auftritt, wenn die Stromstärke = 4,5 A beträgt. 1.4 Entwerfen Sie den Schaltplan für die Messungen gemäß Abschnitt Schätzen Sie zum Beispiel rechnerisch ab, welche Zeit t für die Erwärmung des asser bades gemäß Abschnitt 3 um = 3 K benötigt wird. Dabei soll vereinfachend an genommen werden, dass das asserbad keine Energie an die Umgebung abgibt und die Heizleistung 1,35 k beträgt. 1.6 Bereiten Sie die Gleichungen für die Aufgabe 3.7 vor. 2 Strömungsfeld in einem metallenen Leiter Das Strömungsfeld in einem metallenen Leiter gemäß Bild 1 ist zu untersuchen mm Bild 1: Leiter mit zehn Messpunkten (Material Cu, Länge L = 900 mm; Durchmesser D = 0,5 mm) Tabelle 1: Verwendete Geräte Gerät Gerätenummer Stromquelle (am Platz eingebaut) 31999/ Leiter aus Kupfer 31999/ Digitalmultimeter 31999/ 31999/ 2.1 Messen Sie für vier erte der Stromstärke die zugehörigen erte des Spannungsfalles U 09 Tabelle 2: Messung Spannungsfall auf dem Leiter Stromstärke in A 0,5 1,5 3,0 4,5 Spannungsfall U 09 in mv iderstand R in (berechnet)

3 2.2 Tragen Sie U 09 = f() aus Tabelle 2 in einem Diagramm auf. U 09 mv Seite 3 von ,0 2,0 3,0 4,0 5,0 A Bild 2: Kennlinie U = f() eines metallenen Leiters 2.3 Berechnen Sie aus den Messwerten für = 4,5 A den iderstand R 09, den spezifischen iderstand, die Leitfähigkeit, die Stromdichte und die elektrische Feldstärke. Vergleichen Sie den spezifischen iderstand mit dem Literaturwert, berechnen Sie die relative Abweichung in Prozent. 2.4 Führen Sie systematisch weitere Messungen bei = 4,5 A durch, die es hnen ermöglichen, das Potenzial aller zehn Messpunkte zu ermitteln. Den Bezugspunkt legt hr(e) Betreuer(in) fest: Bezugspunkt: Tabelle 3: Potenzial der Messpunkte Messpunkt in mv 2.5 Tragen Sie das Potenzial über der Nummer der Messpunkte in einem Diagramm auf! 3 Die Temperaturabhängigkeit des iderstandes verschiedener passiver Zweipole soll ermittelt werden. Folgende passive Zweipole sind in einem Tauchprobensatz montiert: PTC-iderstand NTC-iderstand Metallschicht-iderstand (Met) Kohleschicht-iderstand (C) Kupferdraht-iderstand (Cu) Kupfer-Nickel-iderstand (CuNi) Der Tauchprobensatz wird wasserdicht umhüllt von einem Kunststoff-Beutel in ein heizbares asserbad gehängt. Das asserbad ist ein Kunststoffgefäß mit 5 l asser. Zur Messung des iderstandes dient der iderstands-messbereich eines Multimeters.

4 Seite 4 von 5 Tabelle 4: Verwendete Geräte Gerät Gerätenummer Umwälzthermostat 31999/ Tauchprobensatz 31999/ Digitalmultimeter 31999/ Stopp-Uhr 31999/ Digitaler Leistungsmesser 31999/ Thermometer 31999/ 3.1 Kontrollieren Sie den asserstand, hängen Sie den Tauchprobensatz in das asserbad und messen Sie den iderstand der genannten sechs Zweipole bei der Ausgangstemperatur A. Achten Sie darauf, dass der Tauchprobensatz stets trocken bleibt. 3.2 Stellen Sie den Thermostaten auf 30 C und schalten Sie die Heizung ein! Nach Erreichen von 30 C messen Sie den iderstand der Zweipole erneut. 3.3 iederholen Sie den Vorgang für 40 C, 50 C und 60 C. Tabelle 5: iderstand der Zweipole als Abhängigkeit der Temperatur Temperatur in C ( A ) iderstand der Zweipole in PTC NTC Met C Cu CuNi Tragen Sie den iderstand der Zweipole in Abhängigkeit von der Temperatur in einem gemeinsamen Diagramm auf (Benutzen Sie dafür Millimeterpapier!). 3.5 Berechnen Sie für Cu den Temperaturkoeffizienten des elektrischen iderstandes für die Ausgangstemperatur A. Vergleichen Sie den Temperaturkoeffizienten mit dem Literaturwert, berechnen Sie die relative Abweichung in Prozent.

5 Seite 5 von 5 Entfernen Sie den Tauchprobensatz aus dem asserbad 3.6 Die assertemperatur beträgt 60 C. Stellen Sie den Temperatur-Sollwert auf 70 C und messen Sie mit dem Leistungsmesser die aufgenommene Leistung P auf! Gleichzeitig ermitteln Sie mit Thermometer und Stopp-Uhr die Dauer t des Aufheizvorganges von 61 C auf 64 C. Tabelle 6: Messwerte Umwälzthermostat Gesamtleistung Pumpenleistung Heizleistung (berechnet) Zeit des Aufheizvorgangs ( t) von 61 C auf 64 C: Sekunden 3.7 Errechnen Sie näherungsweise die vom asserbad an die Umgebung abgegebene Leistung P U unter der Annahme, dass P U im Zeitintervall t konstant ist.