Drehspulinstrument – Umbau zum Amperemeter, Voltmeter und Ohmmeter

Was sie zeigt

Im Drehspulinstrument befindet sich eine Spule mit N Windungen und der Fläche A, durch die der Strom I fließt, in einem radialen Magnetfeld B, sodass das Drehmoment NBIA bei jedem Winkel gleich ist. Eine Spiralfeder erzeugt ein Rückstellmoment kθ, und die Spule kommt zur Ruhe, wenn NBIA = kθ: Der Ausschlag ist proportional zur Stromstärke und die Skala linear. Der Skalenwert ist die Stromstärke pro Skalenteil. Ein kleiner Nebenwiderstand macht das Galvanometer zum Amperemeter, ein großer Vorwiderstand zum Voltmeter, und eine Batterie mit Vorwiderstand zum Ohmmeter mit nichtlinearer Skala.

So funktioniert es

Beginnen Sie bei Drehspule und ändern Sie Windungszahl N, Magnetfeld B und Stromstärke I, um Drehmoment und lineare Skala zu sehen; mit Messwert speichern zeichnen Sie θ über I. Bei Halbausschlag schließen Sie K₁, wählen R für einen großen Ausschlag, schließen K₂ und stellen S so ein, dass sich der Ausschlag halbiert; speichern Sie und geben Sie G und K ein. Bei Amperemeter und Voltmeter berechnen Sie den Neben- bzw. Vorwiderstand, geben ihn ein und vergleichen Ihre Ablesungen mit dem Normalinstrument.

Einstellbare Parameter

• Ansicht Drehspule, Halbausschlag, Amperemeter, Voltmeter, Ohmmeter
• Laborgalvanometer Galvanometer 1, Galvanometer 2, Galvanometer 3
• Windungszahl N 20–300
• Magnetfeld B 0,05–0,5 T
• Spulenfläche A 0,5–6 cm²
• Richtgröße der Feder k 0,5–10 ×10⁻⁶ N·m/rad
• Stromstärke I (Drehspule) -1000–1000 μA
• Quellenspannung E (Halbausschlag) 1–4 V
• Messbereich Amperemeter I₀ 5–100 mA
• Messbereich Voltmeter V₀ 1–20 V
• Gegebene Werte G und K anzeigen

Fragen zum Erkunden

1. Warum macht ein radiales Magnetfeld die Skala des Galvanometers linear?
2. Warum muss der Nebenwiderstand eines Amperemeters viel kleiner als der Innenwiderstand des Galvanometers sein?
3. Warum liegen die Skalenteile eines Ohmmeters bei großen Widerständen dicht zusammen?