Grundlag­en des elektris­chen Stromkre­ises - Verständli­ch erklärt

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.

Elektrische Spannung ist eine physikalische Größe, die angibt, wie viel Arbeit bzw. Energie nötig ist, um ein Objekt mit einer bestimmten elektrischen Ladung innerhalb eines elektrischen Feldes zu bewegen. Spannung ist also das spezifische Arbeitsvermögen der Ladung.

Die zwei KirchhoffschenGesetze 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 Netzwer.....[Volltext lesen]

Fazit: Der Innenwiderstand eines Voltmeters ist möglichst groß, der Innenwiderstand eines Amperemeters ist möglichst klein!

b)      Bestimmung eines elektrischen Widerstands durch gleichzeitige Messung von Strom und Spannung: (Anmerkung: Innenwiderstände von Voltmeter und Ampermeter gemäß a))

Widerstandsmessung von R_x bei einer spannungsrichtigen Schaltung:

Korrekturformel:

Die Messung ergab bei einem 3V-Messbereich des Voltmeters und einem 5mA-Messbereich des Amperemeters eine Spannung von U_v = 16V und I_A = 4mA.

Damit ergibt sich nach oben genannter Formel folgender Widerstand R_x:

Ohne Korrektur: Mit Korrektur:

Widerstandsmessung von R_x bei einer stromrichtigen Schaltung:

Korrekturformel:

Die Messung ergab bei einem 3V-Messbereich des Voltmeters und einem 5mA-Messbereich des Amperemeters eine Spannung von U_v = 2V und I_A = 3,7mA.

Damit ergibt sich nach oben genannter Formel folgender Widerstand R_x:

Für diesen Versuch ist, falls man nur nach dem Ohmschen Gesetz den unbekannten Widerstand R_x berechnen will, die spannungsrichtige Messung eher geeignet, da diese näher an dem tatsächlichen Ergebnis liegt.

c)       Messung der Strom-Spannung-Kennlinie von Widerständen:

Diesen Versuch begrenzten wir lediglich auf die Messung an einem Festwiderstand R = 200Ω.

Dazu benutzen wir die spannungsrichtige Messung und begannen am oberen Rand der Skala mit 5mA Strom.

Es ergab sich bei folgenden Stromwerten folgende Spannungswerte:

Diskussion/ Fazit:

Bei dem hier vorliegenden Widerstand handelt sich es um einen ohmschen Widerstand, da R konstant ist ().