Schaltung mit Widerständen

Lernziele

Sie lernen, mit einem Multimeter umzugehen und elektrische Grössen zu messen
Sie überprüfen das ohmsche Gesetz
Zum Schluss planen Sie eine eigene einfache Schaltung und überprüfen sie am Experiment

Material

Für dieses Heimpraktikum brauchen Sie

9V-Batterie mit Clip
Breadboard
mehrere Jumperkabeln
2 LEDs
Sicherung
mehrere unterschiedliche Widerstände
Kabel mit den Krokodilklemmen
Multimeter
kleine Anleitung

Arbeiten mit dem Multimeter

Ein Multimeter miss verschiedene elektrische Grössen. Wir werden damit Spannungen, Stromstärken und Widerstände bestimmen. Dabei ist Folgendes zu beachten:

Spannungsmessungen erfolgen immer parallel zum Bauteil/zu den Bauteilen
Für die Strommessung wird ein Jumperkabel durch das Multimeter ersetzt, da es immer in Reihe zum Bauteil/zu den Bauteilen eingesetzt werden muss. Achtung! Durch den falschen Einsatz wird die Sicherung des Multimeters zerstört!
Widerstandsmessungen erfolgen immer ohne Batterie

Spannungsmessung mit dem Voltmeter parallel zum Widerstand

Strommessung mit dem Amperemeter in Reihe zum Widerstand

Um mit das Multimeter in das Breadboard einzustecken, verwenden Sie das Kabel mit den Krokodilklemmen. In die schwarze Klemme bringen Sie ein blaues/schwarzes Jumperkabel an, an die rote ein rotes Jumperkabel. Die anderen Ende mit den Bananenstecker stecken Sie wie folgt in das Multimeter ein:

Der schwarze Stecker gehört in die Buchse, die mit COM angeschrieben ist
Der rote Stecker muss bei der Spannungs- oder der Widerstandsmessung in die Buchse oben rechts angeschlossen werden (siehe Bild)
Für eine Stromstärkemessung gehört der rote Anschluss entweder in die Buchse links (ungenauer, aber weniger heikel) oder in die untere Buchse rechts (Achtung! Ist genauer aber nur für Stromstärken kleiner 400 mA geeignet)

Sobald das Multimeter korrekt zusammengesteckt ist, kann es eingeschaltet werden. Dazu wird der grosse Drehknopf in die gewünschte Position gebracht:

Für eine Spannungsmessung auf V⎓
Für eine Strommessung auf mA, oder µA (für eine exakte Messung in der rechten Buchse, wenn sicher gestellt ist, dass die Stromstärke 400 mA nicht übersteigt) oder auf A (wenn die linke Buchse gewählt wurde)
Achtung! Die Strommessung ist heikel!
Für eine Widerstandsmessung auf Ω

Hinweis

Sollten Sie ein vollautomatisches Multimeter besitzen mit nur 3 Buchsen, haben Sie es einfacher:

Der schwarze Stecker gehört in die mit COM angeschriebene, mittlere Buchse
Wollen Sie Ströme messen, stecken Sie den roten Bananenstecker in die linke Buchse, die mit A, mA angeschrieben ist
Für eine Spannungs- oder Widerstandsmessung gehört der rote Stecker in die rechte Buchse

Das Multimeter «merkt» dann automatisch, was Sie messen wollen, und besitzt deshalb keinen Drehknopf. Es muss lediglich mit dem roten, mittleren Knopf eingeschaltet werden.

Fragen zum Multimeter

Bauen Sie die Schaltung für die Spannungsmessung mit dem 4.7 kΩ-Widerstand (gelb, violett, rot) auf. Welche Spannung lesen Sie ab?

Antwort

Sie sollten die Batteriespannung messen, also etwa 9 V.

Ändern Sie die Schaltung, um die Stromstärke zu messen. Achten Sie darauf, dass das Multimeter keinen Kurzschluss macht, sprich der Strom zwingend auch durch den Widerstand fliessen muss. Das Multimeter nimmt typischerweise den Platz eines Jumperkabels ein, das Sie dafür wegnehmen müssen.

Berechnen Sie zuerst mit dem ohmschen Gesetz die erwartete Stromstärke. Ist sie grösser oder kleiner als 400 mA? In welche Buchse stecken Sie den Bananenstecker beim Multimeter ein, um keine Sicherung durchzubrennen und die genauste Messung durchführen zu können? 10 A (links) oder mA (rechts unten)?

Führen Sie die Messung durch.

Antwort

I = U/R = 1.9 mA
Die Stromstärke ist so klein, dass das Kabel rechts in die mA-Buchse gesteckt werden darf.
Eine Messung sollte die berechnete Stromstärke ergeben. Falls das Instrument 0 anzeigen sollte, zeigt der Drehknopf nicht auf mA oder µA (wobei das Letzte evtl. zu einer Fehlanzeige führt, die fürs Messgerät aber völlig unbedenklich ist). Oder die Sicherung ist durchgebrannt. Sie müssen dafür nicht zwingend verantwortlich sein. Die grauen Messgeräte sind alt und wurden unter Umständen schon falsch eingesetzt... Die orangen und grünen Multimeter sind neu und sollten eigentlich gehen.

Widerstände und ihre Farbringe

Um den Wert eines Widerstand-Bauteils anzugeben, werden farbige Ringe verwendet. Auf Ihren Widerständen sind vier Ringe gemalt. Genauere Bauteile verwenden 5 Ringe. Doch für unsere Zwecke genügt die Genauigkeit dieser sog. Schichtwiderstände. Bei der Herstellung wurde auf einen nicht leitenden Keramikkern eine Schicht leitendes Metall aufgedampft. Je dicker diese Schicht, desto besser leitet das Bauelement (siehe Widerstand eines langen Leiters). Das Aufdampfen ist nicht perfekt, deshalb ergeben sich kleine Abweichungen vom gewünschten Wert. Bei Ihren Widerständen liegt die Toleranz bei 5%. Der Widerstand eines 100 Ω-Widerstandes darf also zwischen 95 und 105 Ω liegen.

Die Toleranz Ihrer Widerstände wurde mit einem goldigen Ring angegeben (drehen Sie Ihre Widerstände immer so, dass dieser Ring rechts liegt). Betrachten Sie hierzu den Farbcode auf Seite 10 Ihrer Anleitung.

Die vorderen 3 Ringe geben den Wert des Widerstandes an. Die beiden ersten Ringe codieren eine Zahl (wir haben hier 2 sign. Stellen!) und der dritte den Multiplikator.

Beispiel 4.7 kΩ

Ring: gelb für 4
Ring: violett für 7
Ring: rot für ·100

Der Wert des Widerstandes ist somit 47·100 Ω oder 4.7 kΩ.

Aufgaben

Bestimmen Sie die Werte all Ihrer Widerstände der Experimentierbox. Überprüfen Sie sie mit Ihrem Multimeter (Widerstandsmessung, Ω), indem Sie die Widerstände direkt zwischen den Krokodilklemmen einklemmen.
Um zwei LEDs in Reihe betreiben zu können, brauchen Sie einen gemeinsamen Vorwiderstand von ca. 500 Ω. Diesen Widerstand haben Sie nicht in der Box. Welche Widerstände müssen Sie dafür kombinieren? Und wie sieht das Schaltschema dieser Schaltung aus? Setzen Sie zur Überprüfung die Schaltung zusammensetzen. Vergessen Sie die Sicherung nicht!
Wichtig! Sie müssen für diese Aufgabe den Kurs «Mehrere Widerstände» bearbeitet haben.

Geben Sie das Schaltschema für die Schaltung in Aufgabe 2 bis Freitag, 5. Juni 12.00 Uhr, in Teams ab. Sie brauchen zu diesem Praktikum sonst kein Protokoll zu führen.

Zusammenarbeit

Bei diesem Praktikum arbeiten Sie erneut in den 2er-Teams. Falls Sie den Auftrag über Videokonferenz durchführen wollen, empfehle ich Ihnen, den Laptop/das Handy so zu fixieren, dass das Breadboard und das Multimeter gut sichtbar sind. Dann kann die zuschauende Person den Aufbau sehen und beim Zusammenbauen beraten. Wer eine mobile Webcam hat, kann diese hier gut einsetzen. Seien Sie kreativ!

Sollten Sie bei einem Auftrag nicht weiter wissen, dürfen Sie mich gerne fragen.

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