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Leiter und Isolatoren

GrundschulePhysikOhmscher Materialprüfer mit temperaturabhängigem spezifischem Widerstand, endlichen Kontaktwiderständen und einer Lampe mit festem Widerstand

Klicke auf ein Material in der Ablage und schließe den orangefarbenen Prüfkontakt. Ziehe am Spannungsregler und vergleiche Kontaktqualität, Probenlänge und Querschnitt.

3D

Ziehe den Apparat, um ihn anzupassen. Ziehe den Hintergrund, um ihn zu drehen. Scrolle zum Zoomen.

Messprotokoll

Ändere die Einstellungen, teste eine Vorhersage und speichere das Ergebnis. Es werden bis zu 12 Momentaufnahmen gespeichert.

Über dieses Experiment

Setzen Sie eine Probe zwischen die Prüfclips, schließen Sie den Stromkreis und vergleichen Sie den gemessenen Widerstand mit der Reaktion der Lampe. Variieren Sie Probenlänge, Querschnittsfläche, Temperatur und Kontaktqualität, um eine Materialeigenschaft von den übrigen Einflüssen im Stromkreis zu unterscheiden.

Lernziele

  • Setzen Sie den Probenwiderstand mit spezifischem Widerstand, Länge und Querschnittsfläche in Beziehung.
  • Erkläre, warum der Kontaktwiderstand einen guten Leiter verschleiern kann.
  • Unterscheide zwischen einer dunklen Lampe, einem sehr kleinen Strom und genau null Strom.

Anleitung

  1. 1Wähle Kupfer, schließe den Tester und notiere Stromstärke und Lampenleistung.
  2. 2Ersetze es durch Graphit, Konstantan und trockenes Glas, ohne die Geometrie zu verändern.
  3. 3Verdopple bei einer Probe die Länge oder die Querschnittsfläche und vergleiche das Widerstandsverhältnis.
  4. 4Aktiviere schlechte Kontakte und vergleiche den Strom bei derselben Spannung mit einem Versuch mit guten Kontakten.

Das Modell

Der Widerstand der Probe hängt sowohl vom Material als auch von der Geometrie ab.
Der Strom im Prüfgerät hängt vom gesamten Reihenschaltkreis ab, nicht nur von der Probe.

Annahmen

  • Die Batterie hat einen Innenwiderstand von 0,5 Ω, die Lampe einen festen Widerstand von 20 Ω, und die Kontakte tragen entweder 0,2 Ω oder 50 Ω bei.
  • Der spezifische Widerstand der Materialien verwendet beispielhafte Referenzwerte und lineare Koeffizienten bei Raumtemperatur. Die Erwärmung wirkt sich nicht automatisch rückkoppelnd auf die Temperatur aus.
  • Trockenes Glas und Gummi haben große, endliche spezifische Widerstände. Die Nachweisgrenze von 1 µA ist ein gewähltes Anzeigekriterium und keine universelle Grenze zwischen Leiter und Isolator.
  • Das Modell berücksichtigt weder Feuchtigkeit noch dielektrischen Durchschlag, Halbleiterübergänge oder den nichtlinearen Widerstand eines Glühfadens. Probenform und Lampenhelligkeit sind schematisch dargestellt.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Kann eine schwach leuchtende Lampe zeigen, ob die Probe oder die Kontakte einen hohen Widerstand haben?
  2. Q2Warum ist eine Verdopplung der Fläche etwas anderes als eine Verdopplung der Länge?
  3. Q3Fließt bei einer isolierenden Probe in diesem Modell exakt kein Strom?

Häufig gestellte Fragen

Warum fließt durch Glas ein winziger Strom?

Das Modell verwendet einen sehr hohen, aber endlichen spezifischen Widerstand. Der Strom liegt weit unter dem ausgewählten Anzeigeschwellenwert. Das ist etwas anderes, als von einem unendlichen Widerstand auszugehen.

Steigt die Temperatur der Probe, wenn Strom fließt?

Nein. Die Temperatur ist eine unabhängig festgelegte Prüfbedingung. Das Modell berechnet weder die thermische Energie noch Temperaturänderungen.