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Versuche

WHEATSTONEsche Brückenschaltung (Simulation)

  
  
 
  
  
©  W. Fendt 2006
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Abb. 1 Simulation einer WHEATSTONE'schen Brückenschaltung
Charles WHEATSTONE (1802 - 1875); von Samuel Laurence [Public domain], via Wikimedia Commons

Die nach dem britischen Physiker Charles WHEATSTONE (1802 - 1875) benannte WHEATSTONE'sche Brückenschaltung bietet eine einfache Möglichkeit, einen elektrischen Widerstand sehr präzise zu bestimmen. Bei dieser Methode verwendet man einen möglichst genau bekannten Vergleichswiderstand. Es ist dabei nicht nötig, Spannung und Stromstärke zu messen. Dies liegt in ersten Linie daran, dass es sich um eine sogenannte Abgleich-Methode handelt, bei der ein Strommesser benutzt werden kann, der extrem empfindlich ist. Im oder in der Nähe des Abgleichfalls treten nämlich nur sehr niedrige Ströme auf.

Diese Simulation stellt eine Wheatstone-Brücke dar. Der gesuchte Widerstand befindet sich in der Mitte oben, der Vergleichswiderstand rechts daneben. Wichtigster Teil der Schaltung ist ein Schiebewiderstand (im einfachsten Fall ein Draht, dessen Widerstand nicht vernachlässigbar ist) mit einem verschiebbaren Schleifkontakt. Dieser Schleifkontakt zerlegt den Schiebewiderstand in zwei Einzelwiderstände, deren Werte mit Hilfe einer Längenskala leicht zu bestimmen sind. Die Spannungsquelle (blau) ist unterhalb des Schiebewiderstands abgebildet. Der unbekannte Widerstand erhält seinen Wert durch den Zufallsgenerator. Die anderen Widerstände sowie die Gesamtspannung lassen sich – in gewissen Grenzen – in der Schaltfläche auf der linken Seite einstellen ("Enter"-Taste nicht vergessen!).

Beim Durchführen der Messung muss der Schleifkontakt so verschoben werden, dass das angeschlossene Messgerät (rot) die Stromstärke 0 anzeigt. In der Simulation kann man dazu wahlweise die Maus oder den Schieberegler der Schaltfläche verwenden. Ist der Schleifkontakt in der richtigen Position, so bewirkt ein Mausklick auf den unteren Schaltknopf, dass der unbekannte Widerstand berechnet wird. Um eine neue Messung mit einem anderen Widerstand durchzuführen, muss man den entsprechenden Schaltknopf links oben betätigen.

Mit Hilfe der Optionsfelder links unten kann man sich für die einzelnen Teile der Schaltung die Werte von Spannung und Stromstärke anzeigen lassen und so die Gültigkeit der KIRCHHOFF'schen Regeln überprüfen. Dabei ist zu beachten, dass aufgrund von Rundungsfehlern kleine Abweichungen möglich sind.

Wir danken Herrn Walter Fendt für die Erlaubnis, diese HTML5/Javascript-Animation auf LEIFIphysik zu nutzen.