Versuch 1
Versuch 2

Ein gewendelter Eisendraht (l = 1 m, d = 0,2 mm) ist an ein regelbares Netzgerät angeschlossen. Ein digitales Multimeter zeigt die Spannung U am Draht an, ein weiteres Multimeter misst die Stromstärke I.

Prinzipskizze

1. Schalte das Netzgerät ein.
2. Schalte die digitalen Multimeter ein.
3. Verändere schrittweise die Spannung am Netzgerät.
4. Lies jeweils die Werte für die Spannung U und die Stromstärke I ab.

Prinzipskizze



1. Bestimme den Zusammenhang zwischen Spannung U und Stromstärke I für den Eisendraht in Luft und in Wasser. Erfasse die Werte tabellarisch. Stell die beiden Messreihen in einer gemeinsamen Grafik dar.

2. Was kannst Du über die Temperatur des Eisendrahtes in beiden Experimenten aussagen?

3. Diskutiere das Ergebnis und gib eine Bedingung an, für die die Spannung U und die Stromstärke I proportional zueinander sind.

Gemessen wurde die Stärke I des Stromes durch den Eisendraht in Luft bzw. Wasser in Abhängigkeit von der Spannung U im Bereich von 0 bis 10 V. Das Diagramm zeigt die grafische Darstellung dieser Messreihen. Beim zweiten Experiment (mit Wasserbad) wird ein proportionaler Zusammenhang zwischen der Spannung U und der Stromstärke I beobachtet. Zusätzlich wurde in diesem Experiment die Temperatur im Wasserbad gemessen. Man beobachtet, dass diese während der Dauer der Messung konstant bleibt. Für das Experiment 1 ist davon auszugehen, dass die Temperatur des Drahtes durch die Wärmewirkung des elektrischen Stromes zunimmt.

Durch das Wasserbad wird die Temperatur des Eisendrahtes, und damit dessen elektrischer Widerstand, konstant gehalten. Nur unter dieser speziellen Bedingung gilt für den Eisendraht ein linearer Zusammenhang zwischen U und I, also das Ohm'sche Gesetz.

Physikalischer Hintergrund



Das Verältnis von Spannung U und Stromstärke I wird für alle elektrischen Leiter als elektrischer Widerstand R = U / I definiert. Die Einheit des elektrischen Widerstands ist 1 Ohm (Ω):

1 Ω (Ohm) = 1 V (Volt) / 1 A (Ampere).

Für besondere Leiter stellt man in einem großen Wertebereich von Temperatur und Spannung eine Proportionalität von U und I fest. Der Widerstand R ist dann konstant. Dieser lineare Zusammenhang zwischen U und I wird als das Ohm'sche Gesetz bezeichnet. Misst man Spannung und Stromstärke an einem solchen Leiter ("Ohm'scher Widerstand"), so ergibt sich in der grafischen Darstellung der Messwertepaare eine Gerade durch den Nullpunkt. Ein Beispiel für einen Leiter mit dieser speziellen Eigenschaft ist die Metalllegierung "Konstantan".

Abb. 1: Lineare Kennlinie Abb. 2: Gekrümmte Kennlinie einer Glühlampe

Physikalischer Hintergrund



Allgemein (z. B. bei Metallen) hängt der Widerstand allerdings von der Temperatur oder anderen Größen ab. Dann ist die U-I-Kurve (die Kennlinie) eine gekrümmte Linie, da sich der stromführende Leiter mit zunehmender Stromstärke erwärmt (es sei denn, man führt die Wärme geeignet ab). Der Zusammenhang zwischen U und I ist dann nichtlinear.

Bei Metallen nimmt der Widerstand für größere Temperaturen zu, d. h., die Kennlinie wird für größere Stromstärken immer flacher.

Ein gewendelter Eisendraht (l = 1 m, d = 0,2 mm) ist in ein Becherglas mit destilliertem Wasser getaucht. Er ist an ein regelbares Netzgerät angeschlossen. Ein digitales Multimeter zeigt die Spannung U am Draht an, ein weiteres Multimeter misst die Stromstärke I. Mit einem Temperatursensor (NiCr-Ni-Thermoelement) wird über ein digitales Messgerät die Temperatur im Wasserbad gemessen.

Prinzipskizze

1. Schalte das Netzgerät ein.
2. Schalte die digitalen Multimeter ein.
3. Verändere schrittweise die Spannung am Netzgerät.
4. Lies jeweils die Werte für die Spannung U und die Stromstärke I ab.
5. Lies den Wert für die Temperatur im Wasserbad ab.

Prinzipskizze



1. Bestimme den Zusammenhang zwischen Spannung U und Stromstärke I für den Eisendraht in Luft und in Wasser. Erfasse die Werte tabellarisch. Stell die beiden Messreihen in einer gemeinsamen Grafik dar.

2. Was kannst Du über die Temperatur des Eisendrahtes in beiden Experimenten aussagen?

3. Diskutiere das Ergebnis und gib eine Bedingung an, für die die Spannung U und die Stromstärke I proportional zueinander sind.

Gemessen wurde die Stärke I des Stromes durch den Eisendraht in Luft bzw. Wasser in Abhängigkeit von der Spannung U im Bereich von 0 bis 10 V. Das Diagramm zeigt die grafische Darstellung dieser Messreihen. Beim zweiten Experiment (mit Wasserbad) wird ein proportionaler Zusammenhang zwischen der Spannung U und der Stromstärke I beobachtet. Zusätzlich wurde in diesem Experiment die Temperatur im Wasserbad gemessen. Man beobachtet, dass diese während der Dauer der Messung konstant bleibt. Für das Experiment 1 ist davon auszugehen, dass die Temperatur des Drahtes durch die Wärmewirkung des elektrischen Stromes zunimmt.

Durch das Wasserbad wird die Temperatur des Eisendrahtes, und damit dessen elektrischer Widerstand, konstant gehalten. Nur unter dieser speziellen Bedingung gilt für den Eisendraht ein linearer Zusammenhang zwischen U und I, also das Ohm'sche Gesetz.

Physikalischer Hintergrund



Das Verältnis von Spannung U und Stromstärke I wird für alle elektrischen Leiter als elektrischer Widerstand R = U / I definiert. Die Einheit des elektrischen Widerstands ist 1 Ohm (Ω):

1 Ω (Ohm) = 1 V (Volt) / 1 A (Ampere).

Für besondere Leiter stellt man in einem großen Wertebereich von Temperatur und Spannung eine Proportionalität von U und I fest. Der Widerstand R ist dann konstant. Dieser lineare Zusammenhang zwischen U und I wird als das Ohm'sche Gesetz bezeichnet. Misst man Spannung und Stromstärke an einem solchen Leiter ("Ohm'scher Widerstand"), so ergibt sich in der grafischen Darstellung der Messwertepaare eine Gerade durch den Nullpunkt. Ein Beispiel für einen Leiter mit dieser speziellen Eigenschaft ist die Metalllegierung "Konstantan".

Abb. 1: Lineare Kennlinie Abb. 2: Gekrümmte Kennlinie einer Glühlampe

Physikalischer Hintergrund



Allgemein (z. B. bei Metallen) hängt der Widerstand allerdings von der Temperatur oder anderen Größen ab. Dann ist die U-I-Kurve (die Kennlinie) eine gekrümmte Linie, da sich der stromführende Leiter mit zunehmender Stromstärke erwärmt (es sei denn, man führt die Wärme geeignet ab). Der Zusammenhang zwischen U und I ist dann nichtlinear.

Bei Metallen nimmt der Widerstand für größere Temperaturen zu, d. h., die Kennlinie wird für größere Stromstärken immer flacher.

Loading

Das Gesetz von Ohm

Anleitung
Aufgabe

Optionen

Ernst Klett GmbH, Stuttgart

© Ernst Klett Verlag GmbH
Rotebühlstraße 77
70178 Stuttgart 2017
Alle Rechte vorbehalten
www.klett.de

Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Das gleiche gilt für das Programm sowie das Begleitmatenal. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen
bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages.

Hinweis zu § 52 a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung überspielt, gespeichert und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen.

Ansprechpartner
Michael Wagner

Naturwissenschaftliche Medienmodule, Autoren:
Prof. Dr. Bernd Baumann, Wolfram Bäurle, Joachim Böttner
Maria Beier, Dr. Irmtraud Beyer, Manfred Bergau
Prof. Dr. Susanne Bickel-Sandkötter, Dr. Angelika Gauß
Paul Gietz, Carola Gorke, Barbara Hoppe, Dr. Jürgen Kirstein
et al., Andrea Kunz, Prof. Dr. Horst Müller, Prof. Dr. Peter Möller
Reinhard Peppmeier, Dr. Helmut Prechtl, Burkhard Priesnitz
Sonja Riedel, Hans Joachim Rösner, Bernd Schäpers
Burkhard Schäfer, Karola Schnurr, Thomas Seilnacht
Dr. Hans-Jürgen Seitz, Bernhard Spieldenner, Gregor Svoboda
Karl-Heinz Umlauft, Heiko Wontroba, Martina Weißmeyer
Dr. Norbert Welsch et al., Welsch & Partner,Jörg Wolter

Softwareentwicklung und Screendesign
Welsch & Partner, Tübingen

Naturwissenschaftliche Medienmodule, Animationen, Grafiken:
Mathias Balonier, Lützelbach
DIM Digitale Medien, Berlin
iAS interActive Systems GmbH, Marburg
Dr. Jürgen Kirstein et al, TU Berlin Jörg Mair, Herrsching
Karin Mall, Berlin Alfred Marzell, Schwäbisch Gmünd
normaldesign GbR (Maria und Jens-Peter Becker), s.u. PSE
Bernhard Spieledenner, Schwalbach/Saar
Welsch & Partner, Tübingen
Prof. Jürgen Wirth, Dreieich

Grafiken PSE
normaldesign GbR (Maria und Jens-Peter Becker),
Schwäbisch Gmünd