Über dieses Experiment
Ein Widerstand wandelt elektrische Energie in Wärmeenergie um. Mit einer idealen Stromquelle lässt sich der Strom konstant halten, während der Widerstand verändert wird. So lässt sich die quadratische Abhängigkeit vom Strom leicht isolieren. Beachten Sie neben der Leistung auch die erforderliche Quellenspannung: Um den Strom konstant zu halten und zugleich den Widerstand zu erhöhen, ist eine höhere Spannung erforderlich.
Lernziele
- Untersuchen Sie, wie sich der Strom auf die elektrische Leistung auswirkt, während die anderen Variablen konstant gehalten werden.
- Nutze das Diagramm und die Messwerte, um eine Vorhersage zu überprüfen.
- Erkläre die physikalischen Annahmen und wo dieses Modell nicht mehr gilt.
Anleitung
- 1Stellen Sie den Strom auf 2 A, den Widerstand auf 10 Ω und die Zeit auf 10 s ein. Überprüfen Sie, ob 40 W und 400 J angezeigt werden.
- 2Speichern Sie die Kurve und verdoppeln Sie den Widerstand. Erklären Sie, warum sich die Leistung bei konstantem Strom verdoppelt.
- 3Verdoppeln Sie den Strom bei gleichbleibendem Widerstand. Vergleichen Sie den vierfachen Anstieg der Leistung.
- 4Stellen Sie die Heizdauer auf null. Warum ist die Leistung ungleich null, während die angesammelte Wärme null beträgt?
Das Modell
Annahmen
- Die ideale Quelle hält den ausgewählten Strom aufrecht, indem sie ihre Spannung anpasst. Es handelt sich nicht um ein Netzteil mit fester Spannung.
- Der Widerstand ist konstant, und die gesamte elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt. Temperatur, Abkühlung oder Rückkopplung des Widerstands werden nicht berechnet.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Wie wirkt sich eine Halbierung des Stroms auf die Heizleistung aus?
- Q2Warum kann ein höherer Widerstand bei einer Spannungsquelle mit fester Spannung die Leistung verringern, hier aber erhöhen?
Häufig gestellte Fragen
Warum wird keine Temperatur angezeigt?
Die Wärmeenergie allein bestimmt nicht die Temperatur. Dafür wären auch die Masse, die Wärmekapazität, Phasenübergänge und Wärmeverluste relevant.
Ist die Quellenspannung begrenzt?
Dies ist eine ideale Quelle. Reale Stromquellen haben Spannungs- und Leistungsgrenzen und können den gewählten Strom möglicherweise nicht aufrechterhalten.