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Versuche

OHMsches Gesetz (Simulation)

 
 
 
 
©  W. Fendt 1997
HTML5-Canvas nicht unterstützt!
Abb. 1 Simulation zur Darstellung des OHM'schen Gesetzes

Diese Simulation zeigt einen einfachen Stromkreis mit einem Widerstand. Zusätzlich sind Messgeräte für die Spannung (parallel zum Widerstand) und für die Stromstärke (in Serie zum Widerstand) vorhanden.

Die beiden Auswahlfelder dienen der Einstellung der Messbereiche. Erscheint die Warnung "Messbereich überschritten!", so muss hier ein weniger empfindlicher Bereich eingestellt werden. Mit Hilfe der vier Schaltknöpfe lassen sich Widerstand und Spannung verändern. Unten rechts werden die jeweiligen Messwerte für Spannung (U ) und Stromstärke (I ) angezeigt.

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

Aufgabe

Untersuche, welche der beiden Größen (\(U\) bzw. \(I\)) korrekt (in Bezug auf die Widerstandsermittlung) und welche falsch gemessen wird.

Lösung

Der Strom durch den Widerstand wird richtig gemessen. Dagegen misst man nicht die Spannung, die direkt am Widerstand liegt, sondern die Spannung, die an der Serienschaltung von Strommesser und Widerstand liegt (spannungsfalsche Messung).

Aufgabe

Erläutere, wie man experimentell testen könnte, ob die Falschmessung der einen Größe einen nennenswerten Einfluss auf die Messung des Widerstands hat.

Lösung

Überbrückt man den Strommesser mit einem Draht (Kurzschluss) und ändert sich dabei die Spannung nicht wesentlich, so ist der Fehler bei der spannungsfalschen Messung zu vernachlässigen.

Aufgabe

Fülle mit Hilfe der Simulation die folgenden Tabellen aus.

\(R_1 = 200\Omega\)

\(U\;\rm{in\;V}\) 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10
\(I\;\rm{in\;mA}\)            

\(R_2 = 300\Omega\)

\(U\;\rm{in\;V}\) 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10
\(I\;\rm{in\;mA}\)            

Lösung

\(R_1 = 200\Omega\)

\(U\;\rm{in\;V}\) 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10
\(I\;\rm{in\;mA}\) 0,0 10 20 30 40 50

\(R_2 = 300\Omega\)

\(U\;\rm{in\;V}\) 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10
\(I\;\rm{in\;mA}\) 0,0 6,7 13 20 27 33
Aufgabe

Für einen Kohlestift wurde die folgende Tabelle aufgenommen:

\(U\;\rm{in\;V}\) \(0,0\) \(2,0\) \(4,0\) \(6,0\) \(8,0\) \(10\)
\(I\;\rm{in\;mA}\) \(0,0\) \(2,5\) \(5,0\) \(9,0\) \(16\) \(28\)

Fertige ein \(U\)-\(I\)-Diagramm an und zeichne die Kennlinien der drei Leiter (\(R_1\), \(R_2\) und Kohlestift).

Lösung

Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 Lösungsskizze
Aufgabe

Formuliere eine Je-Desto-Aussage zwischen der Steigung der Kennlinie im \(U\)-\(I\)-Diagramm und dem Widerstand eines Leiters.

Charakterisiere den Kennlinienverlauf und die Widerstandsänderung des Kohlestiftes mit zwei Sätzen.

Erläutere, warum man den Kohlestift manchmal auch als Heißleiter bezeichnet.

Trage in das Diagramm qualitativ auch die Kennlinie eines Kaltleiters ein und recherchiere, welches Material z.B. ein Kaltleiter ist.

Lösung

Je kleiner die Steigung (je flacher) der Kurve im \(U\)-\(I\)-Diagramm ist, desto größer ist der Widerstand.

Die Kennlinie des Kohlestiftes steigt mit zunehmendem Strom immer stärker an. Dies bedeutet, dass der Widerstand mit zunehmendem Strom abnimmt.

Man bezeichnet den Kohlestift als Heißleiter, weil sein Widerstand mit zunehmendem Strom und damit steigender Temperatur abnimmt. Man könnte auch sagen die Leitfähigkeit nimmt mit der Temperatur zu (Heißleiter).

Die Steigung und damit der Widerstand ist bei kleinen Strömen und damit geringen Temperaturen klein. Im kalten Zustand ist daher die Leitfähigkeit groß (Kaltleiter). Metalldrähte z.B. aus Eisen sind in der Regel Kaltleiter.