Schaltung von Widerständen - ein Netzwerk aus 9 ohmschen Widerständen berechnen...
Fachbezug
Elektrische Spannung, ohmscher Widerstand, elektrische Stromstärke. Ohmsches Gesetz, Kirchhoffsche Gesetze. Parallel- und Serienschaltung von Widerständen. Gesamtstromstärke, Teilstromstärken.
Aufgabe
Dieses Beispiel erlaubt, bis zu 9 ohmsche Widerstände in Parallel- und Serienschaltung zu kombinieren. Eine typische Übungssituation besteht darin, einige Widerstände zu einem Netzwerk zu kombinieren und ausgehend von der Betriebsspannung alle Teilspannungen und Teilstromstärken zu berechnen. Dabei werden das ohmsche Gesetz, und die kirchhoffschen Gesetze (zB. elektrische Spannungen bei Serienschaltung oder elektrische Stromstärken bei Parallelschaltung) konsequent angewendet.
Wähle die Betriebsspannung und die Werte der Widerstände in der folgenden Schaltung! Ordne einem parallelgeschalteten Widerstand den Widerstand von 1.0E9 Ω zu, wenn er wegfallen soll! Soll ein in Serie geschalteter Widerstand de facto durch ein Drahtstück ersetzt werden, erhält er den Widerstandswert 0 Ω.
Übernimm die Eingabewerte mit Hilfe der Schaltfläche "Schaltung laden" und gib einige Strom- und Spannungswerte der Schaltung in der Tabelle aus:
- U ... Gesamtspannung
- U1, U4, U7 ... Spannungsabfälle an den Widerständen R1, R4 und R7. Beachte, dass an parallelgeschalteten Widerständen die gleiche Spannung anliegt!
- I ... Gesamtstromstärke, sie wird im Schaltungsbeispiel mit dem Amperemeter bestimmt.
- I2, I5, I8 ... elektrische Ströme durch die Widerstände R2, R5 und R8. Da sie Teilstromstärken darstellen, sind sie keinesfalls - wie für in Serie geschaltete Bauteile erwartet werden muss - gleich; ihre Werte müssen jedenfalls kleiner als die Gesamtstromstärke sein (überlege und begründe dies!). Hinweis: Die Gesamtstromstärke I ist keinesfalls die Summe der in der Tabelle angezeigten Stromstärken I2, I5 und I8 - die Werte dienen lediglich zum Vergleichen mit den berechneten Teilstromstärken ...
Berechne alle Teilspannungen und Teilstromstärken und vergleiche mit den angegebenen Werten!
Aktivitäten
Wähle eine bestimmte Schaltung, skizziere sie in dein Protokoll / Physikheft und berechne alle Spannungen und Stromstärken. Vergleiche anschließend mit den in der Simulation angegebenen Ergebnissen!
- Realisiere eine Serienschaltung dreier Widerstände: R2 = 100 Ω R5 = 470 Ω und R8 = 1000 Ω (Hinweis: R1 = R3 = R4 = R6 = R7 = R9 = 1.0E9 Ω!).
- Realisiere eine Serienschaltung einer Parallelschaltung dreier gleicher Widerstände mit einem Widerstand: R1 = R2 = R3 = 100 Ω, R5 = 47 Ω (Hinweis: R4 = R6 = 1.0E9 Ω, R8 = 0 Ω).
- Berechne die obigen Schaltungen mit der doppelten / dreifachen Betriebsspannung und begründe die Änderungen in den Strom- und Spannungswerten!
- Vergleiche bei jeder Schaltung die Spannungs- und Stromwerte und begründe qualitativ die Unterschiede! Verwende dazu "Ersatzschaltungen" für die jeweiligen parallelgeschalteten Widerstände.
- Beschreibe, wo Teilstromstärken und wo Spannungswerte addiert werden!
- An welchen Bauteilen liegt die gleiche Spannung an?
- Durch welche Schaltungsteile fließt der gleiche Strom?
Hilfen:
Ohmsches Gesetz
Serienschaltung - elektrische Spannung
Serienschaltung - elektrische Stromstärke
Serienschaltung - elektrischer Widerstand
Parallelschaltung - elektrische Spannung
Parallelschaltung - elektrische Stromstärke
Parallelschaltung - elektrischer Widerstand
Physlet® - Davidson-College, W.Christian, M.Belloni, P.Krahmer et.al.