Der Umschalter 1 Schalterbox 1 Batteriehalter 1 Batterie, Baby, 1,5 V 2 Glühlampe 1,5 V Ein Schalter soll zwischen 2 Stromkreisen hin- und herschalten. Die linke Schaltung der Schalterbox wird verwendet. Der Schalter ist zunächst in der Position offen. Der Stromkreis mit der oberen Glühlampe ist geschlossen, da der Schalter in der Position geschlossen steht. Der Schalter wird in die Position offen gebracht. Welche Glühlampe leuchtet? Welche Glühlampe ist stromlos? Der Schalter dient als Umschalter zwischen zwei Stromkreisen. Eine der beiden Glühlampen ist immer stromlos. 7
Die elektrische Spannung Teil A 1 Stromkreisbox 1 Batteriehalter 1 Batterie, Baby, 1,5 V 1 Glühlampe 1,5 V 2 Verbindungsstecker 1 Verbindungsstecker mit Buchse 1 Voltmeter Die elektrische Spannung als Ursache für elektrischen Strom wird gemessen. Die Schaltung wird wie abgebildet zusammengestellt. Das Voltmeter wird mit dem Messbereich 3 V= angeschlossen. Der Schalter ist zunächst geöffnet. Der Schalter wird geschlossen. Die Spannung der Batterie kann am Voltmeter abgelesen werden. Die Spannung der Batterie beträgt 1,5 Volt. 11
Anwendung des Ohm schen Gesetzes 1 Universalsteckbox 1 EIN-AUS-Schalter 1 Verbindungsstecker 1 Widerstand 100 Ω 1 Widerstand 500 Ω 1 Amperemeter Stromversorgung Die Stromstärke in einer Schaltung wird berechnet und durch Messung überprüft. Die Schaltung wird wie abgebildet zusammengestellt. Zunächst wird der Widerstand 100 Ω eingesetzt. Das Amperemeter wird mit dem Messbereich 30 ma= verwendet. Die Stromversorgung wird auf 1 V= eingestellt. Der Schalter ist zunächst offen. 32
Der Schalter wird geschlossen. Spannung und Stromstärke werden abgelesen. Die Spannung wird erhöht. Wieder werden die Werte abgelesen. Der 500-Ω-Widerstand wird anstelle des 100-Ω-Widerstandes eingesteckt. Die Messungen werden wiederholt. Aus Spannung und Widerstandswert wird in beiden Fällen die Stromstärke nach der Formel I = U/R berechnet und mit der gemessenen Stromstärke verglichen. Mithilfe des Ohm schen Gesetzes lässt sich die Stromstärke in einer Schaltung vorhersagen, wenn man die angelegte Spannung und den Widerstand des Verbrauchers kennt. Messergebnisse Widerstand 100 Ω Widerstand 500 Ω Spannung U (V) Stromstärke I gemessen (ma) Stromstärke I berechnet (A) Stromstärke I berechnet (ma) 1 10 0,01 10 2 20 0,02 20 1 2 0,002 2 2 4 0,004 4 Erkenntnis Wenn der Widerstand einer Schaltung bekannt ist, lässt sich aus der angelegten Spannung die Stromstärke vorhersagen. 33
Wheatstone sche Brückenschaltung 1 Universalsteckbox 1 Widerstand 500 Ω 1 Widerstand 1 kω 2 Drahtklemmen 1 Konstantandraht, 0,2 mm, blaue Rolle 2 Verbindungsstecker mit Buchse 1 Krokodilklemme 1 Amperemeter Stromversorgung Diese Brückenschaltung dient zur Messung unbekannter Widerstände. Die Schaltung wird wie abgebildet zusammengestellt. Der Konstantandraht wird zwischen zwei Drahtklemmen eingespannt. Eine Verbindungsleitung mit aufgesetzter Krokodilklemme wird an das Amperemeter angeschlossen. Das Amperemeter (Messbereich ±5 ma=) misst die Stromstärke im mittleren Stromzweig der Brückenschaltung. Die Versorgungsspannung beträgt 2 V=. Die lose Verbindungsleitung mit aufgesetzter Krokodilklemme wird auf dem Draht so verschoben, dass kein Strom fließt. Die Strommessung erfolgt zwischen den beiden Widerständen und dem Abgriffpunkt am Draht. Was lässt sich über die Widerstände aussagen? Wenn kein Strom fließt, verhalten sich die Widerstände der beiden Drahtstücke wie die Festwiderstände. In diesem Fall ist das Verhältnis 1:2. 56
Erkenntnis Bei dieser Messbrücke kann aus den Längen der Draht-Teilstücke die Größe eines unbekannten Widerstandes bestimmt werden. Wäre in diesem Beispiel der Widerstand 1 kω nicht bekannt (eventuell die Beschriftung abdecken), könnte er durch eine Längenmessung als doppelt so groß wie der bekannte 500-Ω-Widerstand erkannt werden. 57
Elektrochemische Spannungsreihe 1 Universalsteckbox 2 Elektrodenhalter 1 Elektrolysetrog 1 Elektroden, Satz 1 Verbindungsstecker 1 Voltmeter Kochsalz Unterschiedliche Metalle erzeugen in einem Elektrolyten unterschiedliche Spannungen. Die Schaltung wird wie abgebildet zusammengestellt. Im Elektrolysetrog befindet sich Kochsalzlösung. Er steht auf dem Verbindungsstecker. In die Halter wird zunächst je eine Kupferplatte (Pluspol) und eine Zinkplatte (Minuspol) eingespannt. Das Voltmeter wird mit dem Messbereich 1 V= verwendet. Das Voltmeter wird abgelesen. Anstelle der Zinkplatte wird eine Eisenplatte eingesetzt und wieder die Spannung gemessen. Je nach Kombination der Metallplatten erhält man unterschiedliche Spannungen. Messergebnisse Kupfer und Zink Eisen Blei Spannung (V) 1 0,8 0,45 89
Innenpolgenerator 1 Motorbox 2 Spule, 500 Windungen 1 Lampenfassung E10 1 Glühlampe 1,5 V/0,05 A 1 Stabmagnet, 60 x 18 x 18 mm 1 Auflageplatte für Stabmagnet, gelb 1 Schraube, blanker Kopf 2 Eisenkern, massiv, L = 70 mm 4 Flachstecker 1 Verbindungsstecker Stromversorgung Bei diesem Generatormodell rotiert der Magnet. Die Spannung wird in den ruhenden Spulen induziert. Die Anordnung wird wie abgebildet zusammengestellt. Der Magnet wird mit der Auflageplatte auf dem Drehlager der Motorbox mit der Schraube mit blankem Kopf befestigt. Die zwei Spulen, 500 Windungen, werden mit den Eisenkernen versehen und diese mit den Flachsteckern fixiert. Die Spulen werden in die Motorbox eingesteckt. Die Lampenfassung mit der Glühlampe wird eingesteckt. Die Versorgungsspannung beträgt 0,5 bis max. 1 V=. Die Gleichspannung wird langsam von 0 auf max. 1 V erhöht und die Glühlampe beobachtet. Die Glühlampe leuchtet, da in den beiden Spulen eine Wechselspannung induziert wird. Sie leuchtet umso stärker, je größer die angelegte Spannung ist. Hinweis Die induzierte Wechselspannung kann durch ein Voltmeter parallel zur Glühlampe angezeigt werden. 130