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.

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Das Gesetz von Ohm

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