PTC-Widerstand 1 STE Leitung, unterbrochen, 4 Stecker 1 STE Widerstand 500 Ω 1 STE PTC-Widerstand 1 Amperemeter Zündhölzer Der Widerstand von Halbleitern kann von der Temperatur abhängen. Versorgungsspannung: 6 V= Das Voltmeter wird mit dem Messbereich 10 V= verwendet, das Amperemeter mit dem Messbereich 10 ma=. Der 500-Ω-Widerstand dient als Vorwiderstand. Das Voltmeter misst die Spannung am PTC-Widerstand. Stromstärke und Spannung werden bei Raumtemperatur gemessen. Der PTC-Widerstand wird ganz kurz mit einem Zündholz erwärmt. (nicht in die Flamme halten!) Stromstärke und Spannung werden wieder gemessen. Falls ein Kältespray zur Verfügung steht, wird der PTC-Widerstand abgekühlt und neuerlich Stromstärke und Spannung gemessen. Bei höherer Temperatur wird der Widerstand eines PTC größer, bei niedrigerer Temperatur wird der Widerstand kleiner. Messergebnisse Spannung U am Stromstärke I Stromstärke I (A) Widerstand R (Ω) Widerstand (V) (ma) R = U/I Raumtemperatur 2 8,8 0,0088 227 PTC erwärmt 6 0,2 0,0002 30 000 PTC abgekühlt 1,6 9,6 0,0096 167 4
LDR Lichtabhängiger Widerstand 1 STE Leitung, unterbrochen, 4 Stecker 1 STE Widerstand 1 kω 1 STE LDR-Widerstand 1 Amperemeter Lichtquelle Der Widerstand von Halbleitern kann von der Beleuchtung abhängen. Wie? Versorgungsspannung: 6 V= Das Voltmeter wird mit dem Messbereich 10 V= verwendet, das Amperemeter mit dem Messbereich 10 ma=. Der 1-kΩ-Widerstand dient als Vorwiderstand. Das Voltmeter misst die Spannung am LDR (light dependent resistor). Stromstärke und Spannung werden bei Raumbeleuchtung gemessen. Die Öffnung des LDR wird mit dem Finger abgedeckt. Stromstärke und Spannung werden bei abgedunkeltem LDR gemessen. Der LDR wird beleuchtet (z.b. mit einer Taschenlampe). Stromstärke und Spannung werden bei beleuchtetem LDR gemessen. Der Widerstand eines LDR sinkt mit zunehmender Beleuchtungsstärke. Messergebnisse Spannung U am LDR (V) Stromstärke I (ma) Stromstärke I (A) Widerstand R (Ω) R = U/I Raumbeleuchtung 4 2,1 0,0021 1904 LDR abgedunkelt 6 1,3 0,0013 4615 LDR beleuchtet 2,5 4 0,004 625 9
Spannungsstabilisierung 1 STE Leitung, gerade 1 STE Leitung, T-förmig 1 STE Leitung, T-förmig, 1 Buchse 1 STE Lampenfassung E10 1 Glühlampe 6 V/0,05 A 1 STE Widerstand 1 kω 1 Z-Diode Eine Zenerdiode kann eingesetzt werden um eine Spannung konstant zu halten. Die Versorgungsspannung beträgt 6 V=. Das Voltmeter wird mit dem Messbereich 10 V= verwendet und misst die Spannung am 1-kΩ-Widerstand. Die Zener-Diode befindet sich zunächst nicht im Schaltkreis. Die Gleichspannung wird langsam von 0 auf 6 V erhöht. Dabei werden die Glühlampe und die Spannung am Widerstand beobachtet. Die Spannung wird wieder auf 0 V gestellt und die Zener-Diode parallel zum 1-kΩ-Widerstand in den Stromkreis gesteckt. Das Voltmeter wird nun mit dem Messbereich 1V= verwendet. Wieder wird die Spannung langsam erhöht und auf die Glühlampe und den Spannungswert am Widerstand geachtet. Ohne Zener-Diode leuchtet die Glühlampe nicht. Die Spannung am Widerstand steigt auf beinahe 6 V. Der Rest der Spannung fällt am Lämpchen ab, reicht jedoch nicht aus, um es zum Leuchten zu bringen. Mit der Zener-Diode steigt die Spannung am Widerstand nur bis 0,84 V, der Rest der Spannung liegt an der Glühlampe, die deshalb leuchtet. Erkenntnis Schaltungen zu Spannungsstabilisierung mit Zener-Dioden beruhen auf der Durchbruchsspannung der Zener-Diode. 30
Richtung des Lade- und Entladestromes 1 STE Leitung, gerade 1 STE Leitung, T-förmig 1 STE Leitung, T-förmig, 1 Buchse 1 STE Leitung, Umschalter, links 1 STE Leitung, Umschalter, rechts 1 STE Widerstand 1 kω 1 STE Elektrolytkondensator 1000 µf 2 STE LED, rot Die Stromrichtung beim Laden und Entladen eines Kondensators soll mithilfe von Leuchtdioden angezeigt werden. Die Versorgungsspannung beträgt 6 V=. Achtung auf die richtige Polung des Kondensators! Der Ladestromkreis wird mithilfe der beiden Umschalter geschlossen. Die LEDs werden beobachtet. Dann werden die beiden Umschalter in die andere Position gebracht, sodass der Entladestromkreis geschlossen wird. Die LEDs werden beobachtet. Beim Laden leuchtet die rechte LED auf und erlischt dann. Beim Entladen leuchtet die linke LED auf und erlischt dann. Der Ladestrom in einem Kondensator ist entgegengesetzt gerichtet wie der Entladestrom. 55
Spannung und Stromstärke am Kondensator 1 STE Leitung, gerade, 1 Buchse 1 STE Leitung, unterbrochen, 4 Stecker 1 STE EIN-AUS-Schalter 1 STE Widerstand 10 kω 1 STE Elektrolytkondensator 1000 µf 1 Amperemeter Spannung und Stromstärke beim Aufladen eines Kondensators werden gemessen und in einem Diagramm dargestellt. Die Versorgungsspannung beträgt 6 V=. Der Kondensator 1000 µf wird mit dem Widerstand 10 kω verwendet. Das Amperemeter wird mit dem Messbereich 10 ma verwendet, später auf 100 µma= umgeschaltet. Das Voltmeter wird mit dem Messbereich 10 V= verwendet. Die Messreihen für Strom und Spannung sollten nacheinander ermittelt werden, da man sehr rasch ablesen muss. 58
Der Kondensator muss vollständig entladen sein (Kontrolle am Voltmeter, dass die Spannung 0 ist). Zur Entladung wird der Kondensator mit einer Verbindungsleitung kurzgeschlossen. Der Ladestromkreis wird mit dem Schalter geschlossen und die Stoppuhr gestartet. Alle 5 Sekunden wird der Spannungswert in die Tabelle eingetragen. Der Vorgang wird wiederholt und nun die Stromstärke alle 5 Sekunden abgelesen. Die Werte werden in die Diagramme eingezeichnet. Die Spannung am Kondensator steigt bis zum Höchstwert von etwa 6 V an. Die Stromstärke sinkt auf Null ab. Messergebnisse t (s) U (V) I (ma) 0 0 0,60 5 2,4 0,42 10 3,7 0,25 15 4,6 0,15 20 5,3 0,07 25 5,6 0,05 30 5,6 0,035 35 5,7 0,025 40 5,75 0,020 45 5,8 0,015 50 5,85 0,013 55 5,9 0,012 60 5,9 0,010 U (V) I (ma) t (s) t (s) 59
Brückenschaltung an Gleichspannung 1 Steckplatte, groß, magnethaftend 2 STE Leitung, gerade 2 STE Leitung, Anschluss, 1 Buchse 1 STE Leitung, T-förmig 1 STE Leitung, T-förmig, 1 Buchse 2 STE Widerstand 100 Ω 1 STE LED, rot 1 STE Brückengleichrichter 1 STE Leitungskreuz, isoliert Brückenschaltungen ermöglichen es, die positive und die negative Phase von Wechselstrom als Gleichstrom zu nutzen. Die Spannungsversorgung soll 6 V= betragen. Auf richtiges Anschließen des Brückengleichrichters muss geachtet werden! Die Spannung wird angelegt. Der Weg des Stromes vom Pluspol über den Verbraucher (LED) zum Minuspol wird verfolgt. Die als Verbraucher verwendete LED leuchtet. Die beiden leuchtenden LEDs auf dem Brückengleichrichter-Baustein zeigen den Stromweg an. Die Spannungsquelle wird umgekehrt angeschlossen. Die als Verbraucher verwendete LED leuchtet noch immer. Welche LEDs leuchten auf dem Brückengleichrichter-Baustein? Auf dem Brückengleichrichter-Baustein leuchten nach dem Umpolen die anderen beiden LEDs und zeigen den Stromweg an. Die LED im Verbraucherkreis leuchtet immer. 98