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Ohmsches Gesetz

MittelschulePhysikIdeale Spannungsquelle und Messgeräte, ohmscher Widerstand oder Glühlampe

Über dieses Experiment

Baue den klassischen Stromkreis zum Ohmschen Gesetz auf: eine Zelle, einen Schalter, ein in Reihe geschaltetes Amperemeter und ein parallel zum Bauteil geschaltetes Voltmeter. Ändere die Versorgungsspannung, notiere jeweils die beiden Messwerte und zeichne die Strom-Spannungs-Kennlinie. Ein Festwiderstand ergibt eine Gerade durch den Ursprung, während eine Glühlampe eine Kurve ergibt, weil ihr Widerstand beim Erhitzen zunimmt.

Lernziele

  • Schalte ein Amperemeter in Reihe und ein Voltmeter parallel zu einem Bauteil
  • Zeige, dass der Strom durch einen Festwiderstand proportional zur Spannung an ihm ist
  • Berechne den Widerstand anhand der Messwerte mit R = V / I
  • Erkläre, warum eine Glühlampe dem Ohmschen Gesetz nicht gehorcht

Anleitung

  1. 1Lass den Festwiderstand auf 20 Ω eingestellt. Stelle die Versorgung auf 0 V und drücke auf „Messwert aufzeichnen“.
  2. 2Erhöhe die Spannung in Schritten von 1 oder 2 V und zeichne bei jedem Schritt einen Messwert auf.
  3. 3Vergleiche die Messpunkte mit einer Geraden durch den Ursprung. Ändere dann den Widerstand und nimm einen zweiten Messdatensatz auf.
  4. 4Wechsle zur Glühlampe, wiederhole die Messungen und vergleiche die Form des Graphen.

Das Modell

Das Ohmsche Gesetz für ein Bauteil bei konstanter Temperatur
Elektrische Leistung, die im Bauteil umgesetzt wird
Angepasster Widerstand der 6-V-0,5-A-Glühlampe, im heißen Zustand etwa zehnmal höher

Annahmen

  • Die Zelle hat keinen Innenwiderstand. Daher zeigt das Voltmeter bei geschlossenem Schalter die volle Versorgungsspannung an.
  • Das Amperemeter hat keinen Widerstand und das Voltmeter nimmt keinen Strom auf.
  • Der Festwiderstand bleibt auf konstanter Temperatur. Die Kurve der Glühlampe ist eine empirische Anpassung für eine kleine Wolfram-Glühlampe.
  • Die beweglichen Punkte zeigen die Richtung des Ladungsflusses. Ihre Geschwindigkeit ist übertrieben dargestellt, bleibt aber proportional zur Stromstärke.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Verdopple die Spannung am 20-Ω-Widerstand. Was passiert mit der Stromstärke?
  2. Q2Zwei Widerstände ergeben zwei Geraden. Welche Gerade gehört zum größeren Widerstand, und woran kannst du das an der Steigung erkennen?
  3. Q3Öffne den Schalter. Warum zeigen beide Messgeräte null an, obwohl die Zelle noch eine Spannung hat?
  4. Q4Berechne mithilfe deiner Messwerte für die Glühlampe R bei 1 V und bei 12 V. Warum unterscheiden sich die Werte so stark?

Häufig gestellte Fragen

Was besagt das Ohmsche Gesetz eigentlich?

Bei einem Metallleiter, der auf konstanter Temperatur gehalten wird, ist die Stromstärke direkt proportional zur Spannung, die an ihm anliegt. Das konstante Verhältnis V / I ist sein Widerstand.

Warum ist das Amperemeter in Reihe und das Voltmeter parallel geschaltet?

Ein Amperemeter misst die Ladung, die durch einen Punkt fließt, daher muss der gesamte Strom hindurchfließen. Ein Voltmeter vergleicht die Energie pro Ladung an zwei Punkten und wird deshalb parallel zum Bauteil angeschlossen.

Ist die Glühlampe ein kaputter Widerstand?

Nein. Sie erfüllt an jedem Punkt weiterhin R = V / I, aber ihr Widerstand ändert sich mit der Temperatur. Deshalb ist die I-V-Kennlinie gekrümmt statt gerade. Bauteile dieser Art nennt man nichtohmsch.

Warum bewegen sich die Elektronen entgegengesetzt zu den Strompfeilen?

Die technische Stromrichtung wurde als Fluss positiver Ladung definiert, bevor Elektronen entdeckt wurden. In Metalldrähten sind Elektronen die Ladungsträger; sie bewegen sich vom Minuspol zum Pluspol.