Messschaltung für eine Glühlampe
AFB I–IIEine kleine Glühlampe soll untersucht werden. Zur Verfügung stehen eine regelbare Spannungsquelle, ein Voltmeter und ein Amperemeter. Bei \(U = 6{,}0\,\mathrm{V}\) zeigt das Amperemeter \(I = 0{,}25\,\mathrm{A}\).
- Ordnen Sie den beiden Messgeräten jeweils die richtige Schaltungsart (parallel oder in Reihe) zu.
- Berechnen Sie den Widerstand der Glühlampe bei dieser Spannung.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Voltmeter: parallel zur Glühlampe, denn es misst die Spannung über dem Bauteil und darf wegen seines großen Innenwiderstands fast keinen Strom aufnehmen. Amperemeter: in Reihe, denn der zu messende Strom muss vollständig durch das Gerät fließen; sein Innenwiderstand ist deshalb sehr klein.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Ansatz: \(R = \dfrac{U}{I}\).
Rechnung: \(R = \dfrac{6{,}0\,\mathrm{V}}{0{,}25\,\mathrm{A}} = 24\,\Omega\).
Antwort: Die Glühlampe hat bei 6,0 V einen Widerstand von 24 Ω.
Zwei Bauteile, zwei Messreihen
AFB II–IIIAn einem Konstantandraht wurde gemessen: bei \(2{,}0\,\mathrm{V}\) fließen \(0{,}20\,\mathrm{A}\), bei \(4{,}0\,\mathrm{V}\) sind es \(0{,}40\,\mathrm{A}\), bei \(6{,}0\,\mathrm{V}\) sind es \(0{,}60\,\mathrm{A}\). Dieselbe Messung an einer Glühlampe ergab: \(0{,}20\,\mathrm{A}\) bei \(2{,}0\,\mathrm{V}\), \(0{,}30\,\mathrm{A}\) bei \(4{,}0\,\mathrm{V}\) und \(0{,}36\,\mathrm{A}\) bei \(6{,}0\,\mathrm{V}\).
- Erläutern Sie was die Aussage „R ist konstant“ für den Zusammenhang von U und I bedeutet.
- Werten Sie beide Messreihen aus, indem Sie zu jeder Messung den Widerstand bestimmen.
- Überprüfen Sie die Behauptung: „Beide Bauteile gehorchen dem ohmschen Gesetz.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Konstantes R bedeutet, dass U und I zueinander proportional sind: Verdoppelt man die Spannung, verdoppelt sich die Stromstärke; halbiert man sie, halbiert sich auch I. Im U-I-Diagramm ergibt das eine Ursprungsgerade.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Konstantandraht: \(R = 2{,}0/0{,}20 = 10\,\Omega\); \(4{,}0/0{,}40 = 10\,\Omega\); \(6{,}0/0{,}60 = 10\,\Omega\).
Glühlampe: \(R = 2{,}0/0{,}20 = 10\,\Omega\); \(4{,}0/0{,}30 \approx 13{,}3\,\Omega\); \(6{,}0/0{,}36 \approx 16{,}7\,\Omega\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Behauptung stimmt nur zur Hälfte. Beim Konstantandraht ergibt sich in allen drei Messungen derselbe Wert \(R = 10\,\Omega\) — er ist ein ohmscher Widerstand. Bei der Glühlampe wächst R von 10 Ω auf rund 17 Ω, weil der Glühdraht mit steigender Spannung heißer wird; sie ist deshalb kein ohmscher Widerstand. Vollständig ist eine Antwort, die beide Bauteile getrennt prüft und den Widerspruch klar benennt.
