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Experiment Knotenregel

Zehn Aufgaben von AFB I bis III: Messaufbau planen, Amperemeter richtig einbauen, Messstellen für I, I1 und I2 wählen, Messwerte auswerten und Messabweichungen von echten Widersprüchen unterscheiden.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Wie wird im Versuch gemessen?
AFB I

Frage: Welche Aussagen zum Messaufbau des Knotenregel-Versuchs stimmen?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Parallel angeschlossen wird das Voltmeter, nie das Amperemeter — sonst legt man das Messgerät direkt an die Spannung und erzeugt einen Kurzschluss. Das Gerät in der Hauptleitung misst außerdem die gesamte Stromstärke von 0,50 A, nicht die eines Zweiges. Und gleiche Spannung bedeutet nicht gleiche Stromstärke: Bei 20 Ω und 30 Ω sind es 0,30 A und 0,20 A.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen zum Versuch mit 6,0 V, R1 = 20 Ω und R2 = 30 Ω.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Merksatz, der die fünf Aussagen zusammenbindet: Der Versuch prüft nur eine einzige Behauptung — die Summe der Zweigströme gleicht die Stromstärke der Hauptleitung. Damit das aussagekräftig ist, muss die Spannung konstant bleiben, das Amperemeter in Reihe liegen, und kleine Abweichungen müssen als Messabweichung erkannt werden.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Ein Amperemeter baut man immer in in die Leitung ein. Die Stromstärke I misst du in der , die Stromstärke I1 dagegen im ersten . Der Versuch zeigt: I ist genauso groß wie die der Zweigströme. Ein Unterschied von wenigen Hundertstel Ampere ist eine und kein Widerspruch zur Regel.

Übrig bleibt das Wort parallel: Parallel wird das Voltmeter angeschlossen, weil es die Spannung zwischen zwei Punkten vergleicht. Ein Amperemeter muss dagegen von dem Strom durchflossen werden, den es messen soll — deshalb immer in Reihe.
A4
Messen oder ausrechnen?
AFB I

Nach dem Kriterium sortiert wird, wie du an den jeweiligen Wert im Versuch kommst.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Amperemeter in Reihe einbauen
2Voltmeter parallel anschließen
3Nicht messen, sondern ausrechnen
Das Unterscheidungsmerkmal in einem Satz: Stromstärken verlangen ein Gerät in der Leitung, Spannungen ein Gerät neben dem Bauteil — und alles, was sich aus schon gemessenen Werten durch Summe oder Differenz ergibt, muss man gar nicht messen.
A5
Blitzrechnung
AFB I

Du wiederholst die Messung in der Hauptleitung viermal und liest ab: 0,48 A, 0,50 A, 0,51 A und 0,51 A. Wie groß ist der Mittelwert dieser vier Messwerte in Ampere?

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Alle vier Werte addieren ergibt 2,00 A, geteilt durch 4 sind das 0,50 A. Genau dieser Mittelwert passt zur Summe der Zweigströme 0,30 A und 0,20 A. Kopfrechen-Trick: Rechne in Hundertstel Ampere, dann addierst du 48 + 50 + 51 + 51 = 200 und teilst durch 4.
A6
Den Versuch der Reihe nach durchführen
AFB II

Bringe die Schritte des Knotenregel-Versuchs in die richtige Reihenfolge.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Schaltung planen: Quelle, Amperemeter in der Hauptleitung, dahinter die parallelen Zweige mit R1 = 20 Ω und R2 = 30 Ω
2Bei ausgeschalteter Quelle verkabeln und den Aufbau mit dem Schaltplan vergleichen
3Quelle einschalten, 6,0 V einstellen und die Stromstärke in der Hauptleitung ablesen
4Das Amperemeter nacheinander in den ersten und in den zweiten Zweig umbauen und I1 und I2 ablesen
5Alle Messwerte in eine Tabelle eintragen und die Summe I1 + I2 mit I vergleichen
Am häufigsten verrutscht der zweite Schritt: Wer sofort einschaltet, merkt einen falsch gesteckten Zweig erst am unsinnigen Messwert — oder gar nicht. Prüfen vor dem Einschalten kostet zehn Sekunden und rettet die ganze Messreihe.
A7
Rechenkette
AFB II

Ausgangssituation: Zwei Zweige liegen parallel an 6,0 V. Gemessen wird I = 0,50 A in der Hauptleitung, I1 = 0,30 A im Zweig mit R1 = 20 Ω und I2 = 0,20 A im Zweig mit R2 = 30 Ω.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Wie groß ist die Summe I1 + I2 in Ampere? A
  2. Um wie viel Ampere unterscheidet sich diese Summe vom gemessenen Wert der Hauptleitung? A
  3. Um wie viel Ampere fließt durch den Zweig mit R1 mehr als durch den Zweig mit R2? A
  4. Ein dritter Zweig wird angeschlossen, das Amperemeter in der Hauptleitung zeigt nun 0,65 A (Transfer). Wie groß ist die Stromstärke im dritten Zweig? A
Was die Kette insgesamt zeigt: Die Hauptleitung führt immer die Summe aller Zweigströme. Deshalb findet man einen unbekannten Zweigstrom als Differenz — hier 0,65 A minus 0,50 A. Der Unterschied null in Zeile 2 ist das eigentliche Versuchsergebnis.
A8
Messwunsch und Messstelle
AFB II

Ordne jedem Messwunsch die Stelle zu, an der das passende Gerät eingebaut wird.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Denktrick, der die Zuordnung schneller macht: Frage dich zuerst, ob eine Stromstärke oder eine Spannung gesucht ist — das entscheidet über in Reihe oder parallel. Danach entscheidet nur noch, in welchem Leitungsabschnitt der gesuchte Strom tatsächlich fließt.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
In Klassenarbeiten kommt Zeile 6 am häufigsten vor: Die gegebenen Werte werden addiert statt subtrahiert, und dann ist ein Zweigstrom größer als die Stromstärke der Hauptleitung. Die Plausibilitätsprüfung — jeder Zweigstrom ist kleiner als I — hätte den Fehler sofort gezeigt.
A10
Was zeigt das Amperemeter?
AFB III

Ausgangsversuch: 6,0 V, zwei parallele Zweige mit R1 = 20 Ω und R2 = 30 Ω, das Amperemeter in der Hauptleitung zeigt 0,50 A. Schätze für jede Änderung ein, was das Amperemeter danach anzeigt — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = null, 2 = kleiner als 0,50 A, 3 = gleich 0,50 A, 4 = größer als 0,50 A, 5 = viel größer als 0,50 A. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = null5 = viel größer als 0,50 A
Das Amperemeter wird aus der Hauptleitung in den Zweig mit R1 = 20 Ω umgebaut
Ein dritter Zweig mit einem Widerstand wird zusätzlich parallel angeschlossen
Das Amperemeter wird von der Zuleitung in die Rückleitung hinter dem zweiten Knoten umgebaut
Beide Zweige werden herausgenommen und die Lücken bleiben offen
An die Stelle der beiden Zweige kommt ein einzelnes Kabel ohne Widerstand
Warum sich die Anzeigen so verhalten: In der Hauptleitung fließt die Summe aller Zweigströme, in einem Zweig nur ein Teil davon. Zuleitung und Rückleitung führen dieselbe Stromstärke, weil im Knoten nichts verschwindet. Ohne geschlossenen Kreis fließt gar nichts, ohne Widerstand dagegen sehr viel — das ist der Kurzschluss. Überlegen ist hier schneller als Rechnen.