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Der elektrische Grundstromkreis

1.       Aufgaben

1.1   Bestimmen Sie die Innenwiderstände von Analog-Multimetern in Spannungs- und Strommessbereichen.

1.2   Messen Sie den Widerstand von vorgegebenen ohmschen Widerständen und untersuchen Sie, wie Volt- und Amperemeter die Messung in Abhängigkeit von ihren Innenwiderständen verfälschen.

Wenden Sie die geeigneten Korrekturformeln zur Berechnung des Widerstandes aus Spannungs- und Stromstärkenmessung an.

1.3   Nehmen Sie die Strom-Spannung-Kurven an verschiedenen passiven Bauelementen auf (Ohmscher Widerstand, Glühlampe, Varistor) und kommentieren Sie die Ergebnisse.

1.4   Nehmen Sie die Temperaturabhängigkeit des Widerstands von Kalt- und Halbleitern (Thermistor) auf.

2.       Grundlagen/ Theorie

Der elektrische Grundstromkreis

Ein elektrischer Stromkreis ist eine Zusammenschaltung einer oder mehrerer Strom- oder Spannungsquellen und verschiedener elektrischer Bauelemente. Der einfache elektrische Grundstromkreis besteht aus der Zusammenschaltung einer Spannungsquelle und eines Verbrauchers. Der Stromkreis muss geschlossen sein, damit Strom fließt.

Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung von freien Ladungsträgern im Material.

Die zwei Kirchhoffschen Gesetze beschreiben jeweils den Zusammenhang zwischen mehreren elektrischen Strömen und zwischen mehreren elektrischen Spannungen in elektrischen Netzwerken:

-          In einem Knotenpunkt eines elektrischen Netzwerkes ist die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme.

-          Alle Teilspannungen eines Umlaufs bzw. einer Masche in einem elektrischen Netzwerk addieren sich zu Null.

Das Verhältnis von Spannungsabfall U an einem elektrischen Bauelement zu dem hindurch fließenden Strom I wird elektrischer Widerstand R genannt.

Das ohmsche Gesetz besagt, das R konstant ist, d.h. es liegt ein linearer Zusammenhang von U und I vor.

3.       Messungen/ Auswertung

a)      Messung des Innenwiderstandes von Spannungs- und Strommessgeräten:

Zur Bestimmung des Innenwiderstandes eines Spannungsmessgerätes (Voltmeter) nutzen wir die Tatsache aus, dass sich der Spannungsabfall an einem Verbraucher halbiert, wenn man einen gleichgroßen Widerstand in Reihe schaltet. Im Experiment wir ein veränderlicher Dekadenwiderstand in Reihe zum Voltmeter geschaltet.

Wir haben eine Spannung von 3V angelegt. Durch erhöhen des in Reihe geschalteten Widerstandes halbierten wir die Spannung auf 1,5V. Der Widerstand war mit 62kΩ abzulesen. Ergo ergibt sich damit auch ein Innenwiderstand des Voltmeters von 62kΩ.