Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1998/99
5.1 Schülerexperiment
Aufgabe: Bestimmen Sie ein unbekanntes Bauelement durch Aufnahme der U-I-Kennlinie.
Vorbereitung:
1. Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan. Verwenden Sie für das
unbekannte
Bauelement das Schaltzeichen "Widerstand".
2. Bereiten Sie eine Messwerttabelle für fünf Messwertpaare vor.
Der Lehrer teilt Ihnen die für das Bauelement zulässige
Höchstspannung mit.
Durchführung:
1. Bauen Sie die Schaltung nach Ihrem Schaltplan auf.
2. Lassen Sie die Schaltung vom Lehrer überprüfen.
3. Führen Sie die Messungen durch.
Notieren Sie die Messwerte in der Tabelle.
Auswertung:
1. Zeichnen Sie die U-I-Kennlinie des Bauelementes.
2. Gilt für das gegebene Bauelement das Ohmsche Gesetz?
Begründen Sie Ihre Aussage.
3. Entscheiden Sie, ob es sich bei dem verwendeten Bauelement um eine Glühlampe,
einen
Konstantandraht oder einen Halbleiterwiderstand handelt.
5.2 Der elektrische Widerstand
5.2.1 Berechnen Sie den elektrischen Widerstand eines Kupferdrahtes mit der Querschnittsfläche 0,4 mm² und der Länge 240 m.
5.2.2 Wie verändert
sich bei gleicher Länge der Widerstand des Drahtes, wenn die Querschnittsfläche nur halb
so groß ist?
Begründen Sie.
5.2.3 Beschreiben und begründen Sie das Widerstandsverhalten eines Eisendrahtes bei Erwärmung.
5.3 Vorwiderstand
Mit Hilfe eines Vorwiderstandes wird eine Glühlampe (3 V ; 0,1 A) mit einer 12 V-Spannungsquelle betrieben.
5.3.1 Begründen Sie die Notwendigkeit des Einsatzes eines Vorwiderstandes.
5.3.2 Berechnen Sie die Größe des zu verwendenden Widerstandes.
Lösung
Aufgabe 5 Elektrizitätslehre
(Bitte beachten
Sie den Hinweis am Ende der Seite)
5.1 Schülerexperiment
Vorbereitung:
Schaltplan:
Messwerttabelle:
U in V 0 0,24 1,43 2,71 4,23 I in mA 0 23,1 46,1 64,5 81,0
Für das gegebene Bauelement gilt das Ohmsche Gesetz nicht, da die Spannung U nicht proportional zur Stromstärke I ist.
Bei dem verwendeten Bauelement handelt es sich um eine Glühlampe.
5.2.1 ges.: R
geg.: l = 240 m
A = 0,4 mm²
rKupfer = 0,0172
Lösung:
R = 10,32 W
Der Widerstand beträgt 10,32 Ohm.5.2.2 Wenn die Querschnittsfläche nur halb so groß ist, wird der Widerstand doppelt so groß ist, weil der Widerstand umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche ist.
5.2.3 Wenn ein Eisendraht erwärmt wird, so erhöht sich der Widerstand des Drahtes.
Je höher die Temperatur wird, desto schneller ist auch die Bewegung der Atome im Metallgitter des Eisens. Die sich gerichtet zwischen diesen Atomen bewegenden Elektronen stoßen daher häufiger an die Gitterbausteine an, der Widerstand erhöht sich also.
5.3.1 Wird die Glühlampe ohne Vorwiderstand betrieben, so wird diese wegen der Überspannung „durchbrennen", das heißt der Glühdraht schmilzt wegen der zu hohen Spannung. Am Vorwiderstand fällt ein Teil der Gesamtspannung ab (im unverzweigten Stromkreis ist die Gesamtspannung gleich der Summe aller Teilspannungen), so dass an der Glühlampe nur die für sie vorgesehene Spannung anliegt.
5.3.2 ges.: RV
geg.: UL = 3 V
IL = 0,1 A
Uges = 12 V
Lösung:
UV = Uges - UL
UV = 12 V - 3 V
UV = 9 V
IV = IL = 0,1 A
Der Vorwiderstand beträgt 90 Ohm.
Hinweis: Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen des jeweiligen Autors und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus. Der Autor garantiert nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösung.
Herzlichen Dank an meine Kollegin Ines Stiller, die diese Lösungen kritisch begutachtete.
