I-U-Kennlinien im virtuellen Labor: Widerstand, Lampe, Diode

Aktualisiert am 2026-10-07

Diese I-U-Kennlinien im virtuellen Labor passen zum Pflichtversuch (required practical) von AQA GCSE Physics zu den Strom-Spannungs-Graphen eines Widerstands, einer Glühlampe und einer Diode. Die Lernenden stellen ein regelbares Gleichstrom-Netzgerät ein, lesen einen Spannungsmesser am Bauteil und einen in Reihe geschalteten Strommesser ab und notieren Messwerte in beiden Richtungen. Eine Stunde liefert aus den eigenen Messwerten der Lernenden drei Formen: eine Gerade, eine Kurve, die flacher wird, und ein Einschalten in nur einer Richtung bei etwa 0,6 V.

I-U-Kennlinien – Widerstand, Glühlampe, Diode und LED

Lehrplanbezug

AQA GCSE Physics (8463) 4.2.1.4 (Widerstände) und Pflichtversuch 4: messen, wie sich die Stromstärke mit der Spannung ändert, für eine Glühlampe, eine Diode und einen Widerstand bei konstanter Temperatur. In Combined Science: Trilogy ist derselbe Inhalt 6.2.1.4.

Simulic ist nicht mit AQA verbunden und wird von AQA nicht unterstützt. In Deutschland passt der Versuch zu Kennlinien und zum ohmschen Gesetz im Physikunterricht der Sekundarstufe I.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Sie erhöhen die Spannung an einer Glühlampe von 0 auf 6 V und tragen I gegen V auf. Welche Form hat der Graph?“

Rechnen Sie damit, dass viele Lernende eine Gerade zeichnen, weil „das das ohmsche Gesetz ist“.

Durchführung in der Simulation

Für jeden Messwert: Schalter S schließen, auf ruhige Anzeigen warten, auf Messwert notieren klicken und dann auf Schalter S öffnen, bevor Sie das Netzgerät verstellen. Netzgerät E ist die Einstellung des Netzgeräts; der Spannungsmesser zeigt die Spannung V am Bauteil, die etwas kleiner ist.

Widerstand. Wählen Sie Festwiderstand und stellen Sie Widerstand R auf 47 Ω. Notieren Sie Messwerte bei Netzgerät E = 1,0, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0 und 6,0 V (Regler oder Schaltflächen − / +).
Klicken Sie auf Umpolen und wiederholen Sie, um negative Messwerte zu erhalten.
Glühlampe. Wählen Sie Glühlampe (6 V – 0,3 A) und wiederholen Sie die Schritte 1 und 2. Gehen Sie nicht über ihre Nennspannung von 6 V.
Diode. Wählen Sie Siliziumdiode mit einem Schutzwiderstand von 330 Ω. Notieren Sie Messwerte bei E = 0,5, 1,0, 2,0, 3,0, 4,0 und 6,0 V und setzen Sie ein Häkchen bei Um den Ursprung zoomen. Polen Sie dann bei 3,0 V um.
Tippen Sie auf einen beliebigen Punkt, um R = V/I zu sehen. Setzen Sie ein Häkchen bei Referenzkurve zeigen, um Ihre Punkte mit dem Modell zu vergleichen.

Netzgerät E (V)	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
V an der Lampe (V)
I (mA)
R = V/I (Ω)

der Graph der Glühlampe mit Punkten in beiden Quadranten und der gestrichelten Linie vom Ursprung zum Punkt bei 5,82 V

Erwartete Ergebnisse

Alle Messwerte stammen aus der Simulation. Jedes Messgerät hat einen kleinen Zufallsfehler, daher kann die letzte Stelle um 1 abweichen.

Glühlampe:

Netzgerät E (V)	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
V (V)	0,92	1,89	2,87	3,86	4,84	5,82
I (mA)	138,0	177,2	211	242	270	296
R (Ω)	6,6	10,7	13,6	15,9	17,9	19,7

Die Kurve wird flacher, und R verdreifacht sich zwischen 1 V und 6 V. Umgepolte Messwerte spiegeln diese am Ursprung.

Widerstand (47 Ω): Bei E = 6,0 V zeigen die Messgeräte 5,92 V und 125,7 mA, also R = 47,1 Ω. Alle Punkte liegen auf einer Ursprungsgeraden. Bleibt Schalter S bei 6 V eine Minute lang geschlossen, erwärmt sich der Widerstand auf etwa 56 °C, und R steigt auf etwa 48,7 Ω.
Siliziumdiode (330 Ω): 0,44 V und 0,19 mA bei E = 0,5 V; 0,53 V und 1,41 mA bei 1,0 V; 0,61 V und 7,2 mA bei 3,0 V; 0,65 V und 16,2 mA bei 6,0 V. Die Stromstärke steigt steil, während sich V kaum ändert. Umgepolt bei 3,0 V: −3,00 V und 0,00 mA.
Rote LED (330 Ω): 1,80 V und 3,6 mA bei E = 3,0 V. Sie beginnt bei etwa 1,7 V zu leiten statt bei etwa 0,5 V.

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Experiment erneut gestellt) Welche Form hat der I-U-Graph einer Glühlampe von 0 bis 6 V?
Welche Variable muss konstant bleiben, damit der Festwiderstand eine Ursprungsgerade ergibt?
Was zeigt der Spannungsmesser mit der Siliziumdiode, einem Schutzwiderstand von 330 Ω und E = 3,0 V?
Berechnen Sie für die Lampe R = V/I bei E = 1,0 V und bei E = 6,0 V. Wievielmal größer ist R bei 6,0 V?
Erklären Sie, warum der Widerstand einer Glühlampe steigt, wenn die Spannung an ihr zunimmt.

Antworten für Lehrkräfte: (1) Eine Kurve durch den Ursprung, die flacher wird. (2) Die Temperatur des Widerstands. (3) 0,61 V (akzeptiert 0,59–0,63). (4) Etwa 6,6 Ω und 19,7 Ω, also etwa 3,0-mal (akzeptiert 2,8–3,1). (5) Eine größere Stromstärke erwärmt den Glühfaden stärker. Die Metallionen schwingen stärker, die Elektronen stoßen häufiger mit ihnen zusammen, und der Widerstand steigt.

Häufige Fehlvorstellungen

„Jedes Bauteil gehorcht dem ohmschen Gesetz.“ Nur der Widerstand bei konstanter Temperatur. Das R der Lampe steigt in einem Versuch von 6,6 Ω auf 19,7 Ω.
„Umpolen macht die Stromstärke nur negativ.“ Das stimmt für den Widerstand und die Lampe. Die Diode zeigt bei −3,00 V 0,00 mA: Ihr R = V/I beträgt in Durchlassrichtung bei E = 3,0 V etwa 84 Ω und in Sperrrichtung fast unendlich.

Erweiterung

Warum ein Schutzwiderstand? Stellen Sie den Schutzwiderstand auf Keiner und erhöhen Sie E in Schritten von 0,1 V. Die Stromstärke beträgt 5,5 mA bei E = 0,6 V und 311 mA bei 1,0 V, und die Diode brennt durch, sobald 1 A überschritten wird (bei etwa E = 1,6 V). Mit 330 Ω bei 6 V können die Lernenden die sichere Stromstärke berechnen: (6 − 0,65) ÷ 330 ≈ 16 mA.
Heißer Widerstand. Stellen Sie R = 10 Ω und E = 12 V ein und lassen Sie den Schalter geschlossen. Die Temperaturanzeige steigt, und die Stromstärke sinkt, bis der Widerstand durchbrennt. Stellen Sie den Bezug zu P = VI her.

Häufige Fragen

Warum zeigt der Spannungsmesser weniger an als die Einstellung des Netzgeräts?

Netzgerät und Strommesser haben 0,6 Ω Innenwiderstand, und bei der Diode liegt der größte Teil von E am Schutzwiderstand. Tragen Sie die Anzeige des Spannungsmessers auf, nicht E.

Warum liegen die Messwerte der Diode so nah beieinander?

Sobald eine Siliziumdiode leitet, bewirkt eine kleine Änderung von V eine große Änderung von I. Ergänzen Sie Messwerte zwischen E = 0,5 und 2,0 V und zoomen Sie hinein, um den Knick zu sehen.

Ersetzt das den echten Versuch?

Nicht für AQA: Pflichtversuche müssen weiterhin von Hand durchgeführt werden. Nutzen Sie die Simulation, um zu planen, zu üben oder die Ergebnisse auszuwerten. Siehe virtuelle Labore und echte Labore im Vergleich.