Ohmsches Gesetz für den geschlossenen Stromkreis – Innenwiderstand
PhysikElektrizität und StromkreiseAlter 16–17Virtuelles Labor
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Als Nächstes in Elektrizität und Stromkreise
Ein geschlossener Stromkreis aus einer Quelle (Urspannung E, Innenwiderstand r) und einem Schiebewiderstand R. Ziehen Sie den Schleifer direkt im Schaltplan, um zu sehen, wie sich I = E/(R + r), die Klemmenspannung U = IR = E − Ir, die Leistung P = I²R und der Wirkungsgrad H = U/E ändern; der Graph P(R) zeigt, dass die äußere Leistung bei R = r am größten ist. Die Ansicht Praktikum ist der Versuch: Lesen Sie Voltmeter und Amperemeter mit realistischen Messfehlern ab und tragen Sie U über I auf, um E und r zu bestimmen. Die Ansicht Potentiometer vergleicht zwei Urspannungen und misst den Innenwiderstand mit einem Kompensationsdraht.
Lektion: Spannungsquelle, Urspannung, Innenwiderstand; Ohmsches Gesetz für den geschlossenen Stromkreis; Leistung und Wirkungsgrad einer Quelle; Praktikum: Urspannung und Innenwiderstand einer Batterie; Potentiometer (Kompensationsmethode)
Was sie zeigt
Eine reale Quelle wie eine Batterie hat eine Urspannung E und einen Innenwiderstand r. Der Strom beträgt I = E/(R + r), daher sinkt die Klemmenspannung mit steigendem Strom: U = E − Ir. Die äußere Leistung I²R ist bei R = r am größten, der Wirkungsgrad dann nur 50 %. Das Praktikum fügt Messfehler hinzu, deshalb braucht man eine Ausgleichsgerade von U über I: Ihr Achsenabschnitt ist E, ihre Steigung −r. Das Potentiometer misst eine Spannung, ohne der Batterie im Abgleich Strom zu entnehmen, und vergleicht so Urspannungen direkt.
So funktioniert es
Stellen Sie in Stromkreis die Urspannung E und den Innenwiderstand r ein und ziehen Sie den Schleifer im Schaltplan. Wählen Sie in Praktikum die Batterie im Test, klicken Sie auf Schalter schließen, ändern Sie Lastwiderstand R und klicken Sie bei jeder Einstellung auf Messwert aufzeichnen; aktivieren Sie dann Ausgleichsgerade zeigen. Wählen Sie in Potentiometer den Versuch, bringen Sie den Schleifkontakt zum Nullpunkt (am Draht oder mit Position des Schleifkontakts l) und zeichnen Sie die Längen auf.
Einstellbare Parameter
- Urspannung E 1–24 V
- Innenwiderstand r 0,1–5 Ω
- Außenwiderstand R 0,1–20 Ω
- Ansicht Stromkreis, Praktikum, Potentiometer
- Batterie im Test (Praktikum) Batterie A, Batterie B (zwei Zellen), Batterie C (stark gebraucht), E und r aus der Ansicht Stromkreis
- Versuch am Potentiometer Zwei Urspannungen vergleichen, Innenwiderstand
Fragen zum Erkunden
- Warum sinkt die Klemmenspannung einer Batterie, wenn der entnommene Strom steigt?
- Was verraten Achsenabschnitt und Steigung im U-I-Diagramm über die Batterie?
- Warum misst ein abgeglichenes Potentiometer die Urspannung und nicht die Klemmenspannung?
