E 1 - Grundversuche Elektrizitätslehre

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1 Universität - GH Essen Fachbereich 7 - Physik PHYSIKALISCHES PRAKIKUM FÜR ANFÄNGER Versuch: E 1 - Grundversuche Elektrizitätslehre Mit diesem Versuch sollen Sie in die Messung elektrischer Grundgrößen (Strom und Spannung) mit Hilfe eines Vielfachinstruments und eines Oszilloskops eingeführt werden. 1. Grundlagen Begriffe von Strom und Spannung; Festlegung der Einheiten; Wechselstrom- und Wechselspannung (Erzeugung; Scheitel- und Effektivwerte); Funktionsweise eines Drehspulinstruments (interne Schaltung, Drehspulprinzip) und seine Schaltung als Strom- und Spannungsmesser; Funktionsweise eines Oszilloskops (Kathodenstrahloszillographen) (Aufbau, Darstellung einer zeitabhängigen Spannung auf dem Schirm). Erzeugung eines stehenden Bildes (riggerprinzip). Literatur C. Gerthsen: Physik, Kap. III 62, 63 (9. Aufl.) oder Kap und (12. Aufl.); W. Walcher: Praktikum der Physik, Kap , , ; F. Kohlrausch: Praktische Physik, Band II, Kap Experiment Geräte: 1 Oszilloskop, 1 Vielfachinstrument (Multavi, Peakech 3050), 1 multimeter, 1 eingebaute Wechselspannungsquelle (0-6 V), erdfrei, 1 Steckbrett mit Bauelementen, halblogarithmisches Papier.

2 2.1) Stellen Sie die Spannung der Wechselspannungsquelle auf dem Oszilloskopschirm dar. Bei welcher Stellung des riggerschalters erhalten Sie ein stehendes Bild? Bei der Stellung: Begründung: Stellen Sie eine feste Scheitelspannung Uo ein: (U 3 Volt) Uo = Wie groß ist die Spannung Spitze-Spitze U SS U SS = Wie groß ist die Frequenz f der Wechselspannung? (Bestimmen Sie die Frequenz mit dem Oszilloskop) f =

3 Messen Sie die Spannung an der Quelle zusätzlich sowohl mit einem Vielfachinstrument als auch einem multimeter, und zwar sowohl im Wechselspannungsmeßbereich (U ) als auch im Gleichspannungsmeßbereich (U = ). ragen Sie diese Meßwerte sowie den schematischen Spannungsverlauf U(t) in das Meßblatt ein. Messungen U /V U /V an der Quelle U = /V U = /V Messen Sie mit dem Multimeter (Peakech 3050) für einen Frequenzbereich von 1 Hz 20 khz die Effektivspannung des Multimeters in Abhängigkeit von der Ausgangsfrequenz des Sinusgenerators bei fester Ausgangsspannung. Überprüfen Sie die Ausgangsspannung des Sinusgenerators mit dem Oszilloskop. agen Sie die Effektivspannung gegen die Frequenz auf ( halblogarithmisches Papier). 2.2) a) Bauen Sie eine Einweggleichrichtung auf: A B

4 Messen Sie wie in 2.1) mit Oszilloskop, Vielfachinstrument und multimeter die Spannung zwischen den Punkten A und B und tragen Sie die Ergebnisse in das Meßblatt ein.

5 Messungen U /V U /V am Einweggleichrichter AC Messungen U= /V U= /V am Einweggleichrichter DC Erklären Sie den Unterschied zwischen "AC" und "DC".

6 b) Ersetzen Sie den Einweggleichrichter A B durch einen Zweiweggleichrichter A B und tragen Sie die entsprechenden Messungen ein. Erklären Sie die Unterschiede! Messungen U /V U /V am Zweiweggleichrichter AC Messungen U= /V U= /V am Zweiweggleichrichter DC Unterschiede zwischen "AC" und "DC":

7 2.3) Schalten Sie parallel zu den Lämpchen einen Kondensator und messen Sie den Gleich- und Wechselspannungsanteil mit Oszilloskop und den Gleich- und Wechselstromanteil mit dem Vielfachmeßgerät bzw. multimeter. Oszilloskop multimeter U = = U SS = I = = multimeter I = Vielfachmeßgerät I = = Der Lampenwiderstand beträgt: R = U = I 2.4) Ersetzen Sie das Lämpchen durch einen Widerstand und messen Sie den Strom, der durch den Widerstand fließt, mit Hilfe des Oszilloskops und des Vielfachinstruments. Bestimmen Sie den Widerstand mit Hilfe des Farbcodes. R = Oszilloskop multimeter Vielfachmeßgerät: U = = U SS = I = = I = I = = I = = R = U = I 3. Auswertung (auf zusätzlichem Blatt) 3.1) Berechnen Sie mit Hilfe der Oszillographenbilder zu 2.1) und 2.2) die Effektivspannung U eff = 1 0 U 2 ( t) dt und die mittlere Spannung 1 U = 0 U( t) dt durch Ausrechnung der Integrale. Vergleichen Sie diese rechnerischen Werte mit den entsprechenden Werten, die Sie mit dem Vielfachmeßgerät bzw. multimeter ermittelt haben. 3.2) Die Effektivspannung können Sie sowohl mit dem Vielfachinstrument bzw. multimeter als auch (über die Scheitelspannung) mit dem Oszilloskop messen. Welche Messung ist genauer (systematischer Fehler!)? 4. Hinweise Lassen Sie alle Schaltungen vor Einschalten vom Assistenten überprüfen.