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Versuche

Messsimulation an Schaltungen

Ziel des Versuchs

  • Überprüfung der Formel für den Gesamtwiderstand von Reihen- und Parallelschaltung
  • Anwendung der Maschenregel

Die Uni-Bayreuth hat unter anderem für Windows-Geräte zwei sehr gut gemachte Experimente erstellt, bei denen man Serien- und Parallelschaltung von Widerständen "durchmessen" kann.

Serienschaltung

Im ersten Experiment werden zwei Widerstände, die man sich aus einer Bauteile-Liste mit der Maus in die Schaltung einbauen kann, in Serie geschaltet.

Nach Anschalten des Netzgerätes, dessen Spannung variiert werden kann und dem Einschalten der Multimeter (richtigen Messbereich einstellen!) lassen sich Gesamtstrom und Teilspannungen bestimmen. Durch Klick auf das Tintenfass werden die Messwerte protokolliert.

Die *.exe-Datei kannst du findest du hier.

Aufgabe
Aufgabe

Führe einige Versuche durch, lasse sie protokollieren und überprüfe an Hand der Messwerte

  • die Maschenregel
  • die Formel für den Ersatzwiderstand bei der Serienschaltung zweier Widerstände

Lösung

Bestätigung der Maschenregel: In allen ausgemessenen Fällen gilt: \(U_0=U_1+U_2\)

Der Gesamtwiderstand der Serienschaltung ist berechenbar:
\[{R_{ges}} = \frac{{{U_0}}}{I}\]

1. Versuch:
\[{R_{ges}} = \frac{{8,0}}{{20 \cdot {{10}^{ - 3}}}}\frac{{\rm{V}}}{{\rm{A}}} = 400\Omega \;{\rm{und}}\;{R_1} + {R_2} = 300\Omega + 100\Omega = 400\Omega \]
2. Versuch:
\[{R_{ges}} = \frac{{4,0}}{{10 \cdot {{10}^{ - 3}}}}\frac{{\rm{V}}}{{\rm{A}}} = 400\Omega \;{\rm{und}}\;{R_1} + {R_2} = 300\Omega + 100\Omega = 400\Omega \]
3. Versuch:
\[{R_{ges}} = \frac{{9,5}}{{10 \cdot {{10}^{ - 3}}}}\frac{{\rm{V}}}{{\rm{A}}} = 950\Omega \;{\rm{und}}\;{R_1} + {R_2} = 200\Omega + 750\Omega = 950\Omega \]

Parallelschaltung

Im zweiten Experiment kannst du die Parallelschaltung zweier Widerstände näher untersuchen.

Die Bedienung der Geräte ist analog zum ersten Experiment.

Die *.exe-Datei kannst du findest du hier.

Aufgabe
Aufgabe

Führe einige Versuche durch, lasse sie protokollieren und überprüfe an Hand der Messwerte

  • die Maschenregel
  • die Formel für den Ersatzwiderstand bei der Serienschaltung zweier Widerstände

Lösung

Bestätigung der Knotenregel: In allen ausgemessenen Fällen gilt: I0 =I1 + I2

Der Gesamtwiderstand der Parallelschaltung ist berechenbar:
\[{R_{ges}} = \frac{{{U_0}}}{I}\]

1. Versuch:
\[{R_{ges}} = \frac{{6,0}}{{80 \cdot {{10}^{ - 3}}}}\frac{{\rm{V}}}{{\rm{A}}} = 75\Omega \;{\rm{und}}\;{R_{ges}} = \frac{{{R_1} \cdot {R_2}}}{{{R_1} + {R_2}}}\quad \Rightarrow \quad {R_{ges}} = \frac{{100 \cdot 300}}{{100 + 300}}\frac{{{\Omega ^2}}}{\Omega } = 75\Omega \]
2. Versuch:
\[{R_{ges}} = \frac{{4,0}}{{53,3 \cdot {{10}^{ - 3}}}}\frac{{\rm{V}}}{{\rm{A}}} = 75\Omega \;{\rm{und}}\;{R_{ges}} = \frac{{{R_1} \cdot {R_2}}}{{{R_1} + {R_2}}}\quad \Rightarrow \quad {R_{ges}} = \frac{{200 \cdot 120}}{{200 + 120}}\frac{{{\Omega ^2}}}{\Omega } = 75\Omega \]
3. Versuch:
\[{R_{ges}} = \frac{{10,5}}{{119 \cdot {{10}^{ - 3}}}}\frac{{\rm{V}}}{{\rm{A}}} = 88,2\Omega \;{\rm{und}}\;{R_{ges}} = \frac{{{R_1} \cdot {R_2}}}{{{R_1} + {R_2}}}\quad \Rightarrow \quad {R_{ges}} = \frac{{100 \cdot 750}}{{100 + 750}}\frac{{{\Omega ^2}}}{\Omega } = 88,2\Omega \]