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Versuche

Kennlinien verschiedener Leiter

Es wird untersucht, wie sich der Strom I durch verschiedene Leiter verändert, wenn man die an dem Leiter liegende Spannung U variiert. Die Leiter wurden so ausgewählt, dass man während der Aufnahme der Kennlinien, den Messbereich des Strom- und Spannungsmessers nicht ändern musste.



Kennlinienaufnahme des wassergekühlten Eisendrahtes


Spannungsrichtige Messung


Kennlinienaufnahme des Kohlestifts

In der folgenden Tabelle sind die Messergebnisse zusammengestellt:

U in V
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,0
 
I in A
0,00
1,60
3,20
4,90
6,50
8,30
 
 
 
 
 
Konstantandraht (Durchmesser 0,9 mm)
0,00
0,80
1,60
2,40
3,25
4,05
4,80
5,55
6,40
7,10
7,85
Konstantandraht (Durchmesser 0,5 mm)
0,00
0,50
1,00
1,40
1,70
1,90
2,05
2,25
2,40
2,50
2,55
Eisendraht an Luft (Durchmesser 0,45mm)
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
3,90
4,30
4,65
Eisendraht in Wasser (Durchmesser 0,45 mm)
0,00
0,50
1,10
1,90
2,75
3,60
4,50
5,80
7,20
9,00
 
Kohlestift (Bleistiftmine)

Aufgabe

Oben wurde das Versuchsergebnis in einem U-I-Diagramm dargestellt, da die unabhängige Variable bei diesem Versuch die elektrische Spannung war.
Oft sieht man die Kennlinien in einem I-U-Diagramm dargestellt. Woran erkennt man in diesem Diagramm sehr einfach, ob der Widerstandswert eines Leiters zu bzw. abnimmt?

Lösung

Im I-U-Diagramm stellt die Steigung der Kennlinie den Widerstandswert dar. Nimmt die "Steilheit" der Kennlinie in diesem Diagramm zu (ab), so nimmt auch der Widerstandswert zu (ab).

Die Zunahme des Widerstandswertes des ungekühlten Eisendrahtes bei steigendem Strom kann auch durch das anschauliche Teilchenmodell erklärt werden. Im Teilchenmodell bewegen sich die Atomrümpfe bei steigender Temperatur stärker hin und her. Erläutere mithilfe dieses Modells, warum der Widerstandswert des ungekühlten Drahtes bei steigendem Strom größer wird. 

Lösung

Bei steigendem Strom stoßen mehr Elektronen mit den Atomrümpfen im Leiter. Daher erwärmt sich der Leiter bei steigendem Strom. Bei steigender Temperatur nimmt jedoch die ungeordnete thermische Bewegung der Atomrümpfe zu und behindert so die Passage der Elektronen noch stärker. Der Widerstandswert des ungekühlten Leiters steigt.