Reihenschaltung von Widerständen
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Hinweise zur Durchführung
Die Widerstände R1 und R2 sollten unterschiedlich groß sein, da ansonsten in einer vermeintlichen Analogie der Eindruck entsteht, dass die Spannungsabfälle an den Teilwiderständen immer gleich groß sind.
Es empiehlt sich, falls in der Schulsammlung vorhanden, für Spannungsmessung und Strommessung zwei unterschiedlich farbige Drehspulinstrumente zu verwenden (z.B. blau (Phywe) für Spannung und orange (Leybold) für Stromstärke). Wenn möglich sollten diese Farben dann den ganzen Unterrichtsabschnitt beibehalten werden. Es hat sich gezeigt, dass es äußerst ungünstig ist für Spannungs- und Strommessung innerhalb eines Versuchs dasselbe Instrument zu verwenden und je nach Messung umzuschalten, da die Schüler durch die Verwendung nur eines Instruments sehr verwirrt werden. Sollten keine unterschiedlichen Messgeräte zur Verfügung stehen, sonder nur baugleiche Instrumente, kann man die Messungen zumindest durch unterschiedlich farbige Kabel unterscheiden. Anstelle der auf Papier vorgezeichneten Schaltung kann man aber auch ein einfaches Steckbrett mit den zugehörigen Verbindungssteckgliedern verwenden und die Schaltung einfach auf dem Steckbrett zusammenstecken. Ein Aufbau ohne Steckbrett nur aus sich verzweigenden Kabeln und Widerständen ist für die Schülerinnen und Schüler nicht durchschaubar.
Didaktische Hinweise
Die Begriffe "Spannungsabfall" bzw. "anliegende Teilspannung" stellen bei diesem Experiment die größte Schwierigkeit dar. Wird Spannung "als das Vermögen einer Stromquelle in einem Stromkreis einen elektrischen Strom hervorzurufen" definiert, bleibt einem nur übrig, alles der Schaltung, was sich jenseits der beiden Anschlüsse befindet, als die für diesen Widerstand relevante Quelle zu definieren. Die Zu- und Ableitung des Stroms sind dann praktisch die "Pole" dieser Quelle.
Führt man aber den Versuch zum Spannungsabfall längs eines Leiters durch kann man diese Schwierigkeit umgehen.
Zur Herleitung des Gesamtwiderstands einer Reihenschaltung von Widerständen geht man von der experimentellen Beobachtung aus, dass sich der gesamte Spannungsabfall Uges aus zwei Teilabfällen U1 und U2 mit Uges = U1 + U2 ergibt. Zudem sieht man im Experiment leicht, dass die Stromstärke an allen Stellen in der Schaltung gleich groß ist.
Mit einem Multimeter kann man am Schluss leicht die Formel Rges = R1 + R2 bestätigen.
Weiteres Material und Links
Videos
Glühender Metalldraht
Strom durch eine Glühbirne
Kennlinie einer Glühbirne (quantitative Messung)
Kennlinie eines Leiters
Parallelschaltung von Widerständen
Ohmsches Gesetz
Spannungsabfall längs eines Leiters
Reihenschaltung gleich große Widerstände
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