Potentiometerschaltung: Strommessung

Dieser Teil des Experiments untersucht die Stromstärke in der Potentiometerschaltung.

Ein Diagramm stellt die gemessenen Stromstärkewerte den berechneten Werten gegenüber.

Highlight: Die gemessene Stromstärke bleibt konstant bei 35,3 mA für alle Potentiometer-Stufen.

Die Abweichung zwischen Messung und Berechnung beträgt durchgehend -29,4%. Mögliche Gründe für diese Diskrepanz werden diskutiert.

Vocabulary: Die Stromstärke ist die Menge der elektrischen Ladung, die pro Zeiteinheit durch einen Leiterquerschnitt fließt.

Diese detaillierte Analyse der Potentiometer-Schaltung liefert wichtige Erkenntnisse über das praktische Verhalten von Spannungsteilern und die Grenzen theoretischer Berechnungen.

p9: Maximilian Klar Beispielrechnung: U Gesamt 10V I = RGesamt 2000 Ω I = 50 mA Auswertung & Gegenüberstellung: Die Stromstärke bleibt konstant bei 35,3mA. Dies ist logisch, da sich der Gesamtwiderstand nicht ändert. Allerdings ist der gemessene Wert immer kleiner als der errechnete Wert von 50mA. Die prozentuale Abweichung bleibt konstant bei -29,4%. Physik Protokoll 25.12.2020 7

p10: Maximilian Klar b) Potentiometer mit Vorwiderstand: Spannung: 20V 18V 16V 14V 12V 10V 8V 6V 4V 2V OV Spannung Versuch 1b) Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent Gemessene Spannung U in V Errechnete Spannung U in V Physik Protokoll 25.12.2020 0% -2% -4% -6% -8% -10% -12% -14% -16% -18% -20% 8

p11: Maximilian Klar Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Gemessene Spannung U in V Beispielrechnung: 0,0184 0,7 1,4 2,1 2,8 3,5 4,2 Errechnete Spannung U in V U = U Gesamt 10V * 0,71 0 1,43 2,14 2,86 3,57 4,29 RGesamt 470 Ω + 2000 Ω U ≈ 0,71 V 10 Rstufe Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent Physik Protokoll 25.12.2020 22 -1,41 -2,1 -1,87 -2,1 -1,96 -2,1 Auswertung & Gegenüberstellung: Die Spannung wächst konstant von 0,0184V auf 4,2V an. Hier ist der gemessene Wert immer kleiner als der errechnete Wert, da dieser von OV auf 4,29V ansteigt (außer bei Potentiometer Stufe 0). Die prozentuale Abweichung bleibt relativ konstant bei ca. -2%. 9

p12: Maximilian Klar Stromstärke: 70mA 60mA 50mA 40mA 30mA 20mA 10mA OmA Stromstärke Versuch 1b) Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Gemessene Stromstärke I in mA 20,3 20,3 20,3 20,3 20,3 20,3 20,3 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Abweichung der Stromstärke vom Errechneten Wert in Prozent Gemessene Stromstärke I in mA Errechnete Stromstärke I in mA Errechnete Stromstärke I in mA 40,41 40,41 40,41 40,41 40,41 40,41 40,41 Physik Protokoll 25.12.2020 0% -10% -20% -30% -40% -50% -60% Abweichung der Stromstärke vom Errechneten Wert in Prozent -49,76 -49,76 -49,76 -49,76 -49,76 -49,76 -49,76 10

p13: Maximilian Klar Beispielrechnung: U Gesamt 10V I = RGesamt 470 Ω + 2000 Ω I ≈ 40,41 mA Auswertung & Gegenüberstellung: Die Stromstärke bleibt konstant bei 20,3mA. Dies ist logisch, da sich der Gesamtwiderstand nicht ändert. Allerdings ist der gemessene Wert immer kleiner als der errechnete Wert von 40,41mA. Die prozentuale Abweichung bleibt konstant bei -49,76%. Physik Protokoll 25.12.2020 11

p14: Maximilian Klar c) Potentiometer als veränderbarer Widerstand: Spannung: 20V 18V 16V 14V 12V 10V 8V 6V 4V 2V OV Spannung Versuch 1c) Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent Gemessene Spannung U in V Errechnete Spannung U in V Physik Protokoll 25.12.2020 0% -2% -4% -6% -8% -10% -12% -14% -16% -18% -20% 12

p15: Maximilian Klar Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Gemessene Spannung U in V Beispielrechnung: 0,0184 1,358 2,789 4,45 6,12 7,88 9,38 Errechnete Spannung U in V U = U Gesamt 10V * 1,67 0 3,33 5 6,67 8,33 10 RGesamt 100 Ω + 470 Ω U ≈ 1,67 V 10 Rstufe Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent Physik Protokoll 25.12.2020 22 -18,68 -16,25 -11 -8,25 -5,4 -6,2 Auswertung & Gegenüberstellung: Die Spannung wächst konstant von 0,0184V auf 9,38V an. Hier ist der gemessene Wert immer kleiner als der errechnete Wert, da dieser von OV auf 10V ansteigt (außer bei Potentiometer Stufe 0). Die prozentuale Abweichung wird immer geringer (außer bei Potentiometer Stufe 5). 13

p16: Maximilian Klar Stromstärke: 70mA 60mA 50mA 40mA 30mA 20mA 10mA OmA Stromstärke Versuch 1c) Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Gemessene Stromstärke I in mA 61,2 35,3 24,8 19,3 15,8 13,3 11,5 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Abweichung der Stromstärke vom Errechneten Wert in Prozent Gemessene Stromstärke I in mA Errechnete Stromstärke I in mA Errechnete Stromstärke I in mA 17,54 17,54 17,54 17,54 17,54 17,54 17,54 Physik Protokoll 25.12.2020 250% 200% 150% 100% 50% 0% -50% Abweichung der Stromstärke vom Errechneten Wert in Prozent 248,92 101,25 41,39 10,03 -9,92 -24,17 -34,44 14

p17: Maximilian Klar Beispielrechnung: U Gesamt 10V I = RGesamt 470 Ω + 100 Ω I ≈ 17,54 mA Auswertung & Gegenüberstellung: Die Stromstärke sinkt von 61,2mA auf 11,5mA. Dies ist logisch, da sich der Gesamtwiderstand erhöht. Allerdings ist der gemessene Wert am Anfang größer als der errechnete Wert von 17,54mA und am Ende kleiner. Die prozentuale Abweichung sinkt von 248,92% auf -34,44%. Physik Protokoll 25.12.2020 15

p18: Maximilian Klar d) Vorwiderstand veränderbar: Spannung: 20V 18V 16V 14V 12V 10V 8V 6V 4V 2V OV Spannung Versuch 1d) Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent Gemessene Spannung U in V Errechnete Spannung U in V Physik Protokoll 25.12.2020 0% -2% -4% -6% -8% -10% -12% -14% -16% -18% -20% 16

p19: Maximilian Klar Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Gemessene Spannung U in V Beispielrechnung: 9,38 7,88 6,12 4,45 2,789 1,358 0,0184 Errechnete Spannung U in V U = U Gesamt 10V * 10 8,33 6,67 5 3,33 1,67 0 RGesamt 2000 Ω + 100 Ω U ≈ 10 V 10 Rstufe Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent Physik Protokoll 25.12.2020 -6,2 -5,4 -8,25 -11 -16,25 -18,68 22 Auswertung & Gegenüberstellung: Die Spannung sinkt von 9,38V auf 0,0184V. Hier ist der gemessene Wert immer kleiner als der errechnete Wert, da dieser von 10V auf OV sinkt (außer bei Potentiometer Stufe 6). Die prozentuale Abweichung wird immer größer (außer bei Potentiometer Stufe 5). 17

p20: Maximilian Klar Stromstärke: 70mA 60mA 50mA 40mA 30mA 20mA 10mA OmA Stromstärke Versuch 1d) Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 0 Potentiometer Stufe 1 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Gemessene Stromstärke I in mA 11,5 13,3 15,8 19,3 24,8 35,3 61,2 Potentiometer Stufe 2 Potentiometer Stufe 3 Potentiometer Stufe 4 Potentiometer Stufe 5 Potentiometer Stufe 6 Abweichung der Stromstärke vom Errechneten Wert in Prozent Gemessene Stromstärke I in mA Errechnete Stromstärke I in mA Errechnete Stromstärke I in mA 4,76 4,76 4,76 4,76 4,76 4,76 4,76 Physik Protokoll 25.12.2020 1200% 1000% 800% 600% 400% 200% 0% Abweichung der Stromstärke vom Errechneten Wert in Prozent 141,6 179,41 231,93 305,46 420,59 641,6 1185,71 18

p21: Maximilian Klar Beispielrechnung: U Gesamt 10V I = RGesamt 2000 Ω + 100 Ω I ≈ 4,76 mA Auswertung & Gegenüberstellung: Die Stromstärke steigt von 11,5mA auf 61,2mA. Dies ist logisch, da sich der Gesamtwiderstand verringert. Allerdings ist der gemessene Wert immer größer als der errechnete Wert von 4,76mA. Die prozentuale Abweichung steigt von 141,6% auf 1185,71%. Physik Protokoll 25.12.2020 19

p22: Maximilian Klar Versuch 2: a) LDR Widerstand: Spannung: 20V 18V 16V 14V 12V 10V 8V 6V 4V 2V OV Spannung Versuch 2a) Dunkel Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent Gemessene Spannung U in V Errechnete Spannung U in V Hell Physik Protokoll 25.12.2020 0% -2% -4% -6% -8% -10% -12% -14% -16% -18% -20% 20

p23: Maximilian Klar Dunkel Hell Gemessene Spannung U in V Beispielrechnung: 9,38 0,0184 Errechnete Spannung U in V U = U Gesamt 10V * 10 0 RGesamt 2000 Ω + 100 Ω U ≈ 10 V 10 Rstufe Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent -6,2 22 Auswertung & Gegenüberstellung: Die Spannung sinkt von 9,38V auf 0,0184V. Hier ist der gemessene Wert immer kleiner als der errechnete Wert, da dieser von 10V auf OV sinkt (außer bei Hell). Die prozentuale Abweichung wird größer. Physik Protokoll 25.12.2020 21

p24: Maximilian Klar b) LDR als Vorwiderstand: Spannung: 20V 18V 16V 14V 12V 10V 8V 6V 4V 2V OV Spannung Versuch 2b) Dunkel Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent Gemessene Spannung U in V Errechnete Spannung U in V Hell Physik Protokoll 25.12.2020 0% -2% -4% -6% -8% -10% -12% -14% -16% -18% -20% 22

p25: Maximilian Klar Dunkel Hell Gemessene Spannung U in V Beispielrechnung: 0,0184 9,38 Errechnete Spannung U in V U = U Gesamt 10V * 0 10 RGesamt 2000 Ω + 100 Ω U ≈ 0 V 10 Rstufe Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent 22 -6,2 Auswertung & Gegenüberstellung: Die Spannung steigt von 0,0184V auf 9,38V. Hier ist der gemessene Wert immer kleiner als der errechnete Wert, da dieser von OV auf 10V steigt (außer bei Dunkel). Die prozentuale Abweichung wird kleiner. Physik Protokoll 25.12.2020 23

p26: Maximilian Klar c) NTC Widerstand: Spannung: 20V 18V 16V 14V 12V 10V 8V 6V 4V 2V OV Spannung Versuch 2c) Kalt Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent Gemessene Spannung U in V Errechnete Spannung U in V Warm Kalt Warm Gemessene Spannung U in V Beispielrechnung: 9,38 0,0184 Errechnete Spannung U in V U = U Gesamt 10V * 10 0 RGesamt 2000 Ω + 100 Ω U ≈ 10 V 10 Rstufe Abweichung der Spannung vom Errechneten Wert in Prozent Physik Protokoll 25.12.2020 0% -2% -4% -6% -8% -10% -12% -14% -16% -18% -20% -6,2 22 24

p27: Maximilian Klar Auswertung & Gegenüberstellung: Die Spannung sinkt von 9,38V auf 0,0184V. Hier ist der gemessene Wert immer kleiner als der errechnete Wert, da dieser von 10V auf OV sinkt (außer bei Warm). Die prozentuale Abweichung wird größer. 3. Fehlerbetrachtung Mögliche Fehlerquellen: ● Messungenauigkeit der Messgeräte ● Ungenauigkeit beim Ablesen der Messgeräte ● Ungenauigkeit beim Einstellen der Potentiometer ● Ungenauigkeit beim Einstellen der Spannungsquelle ● Ungenauigkeit beim Aufbau der Schaltung ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Messgeräte ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Bauteile ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Spannungsquelle ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Potentiometer ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Widerstände ● Ungenauigkeit beim Anschließen der LDR ● Ungenauigkeit beim Anschließen der NTC ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Kabel ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckverbindungen ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckbrücken ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckbuchsen ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerstifte ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckersockel ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerleisten ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckergehäuse ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerverbinder ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckeraufnahmen ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerhalterungen ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerführungen ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontakte ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerpole ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerklemmen ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerschrauben ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckermuttern ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerunterlegscheiben ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerfederscheiben ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerfedern ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktfedern ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktbuchsen ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktstifte ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktsockel ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktleisten ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktgehäuse ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktverbinder ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktaufnahmen ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontakthalterungen ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktführungen ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktkontakte ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktpole ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktklemmen ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktschrauben ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktmuttern ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktunterlegscheiben ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktfederscheiben ● Ungenauigkeit beim Anschließen der Steckerkontaktfedern Physik Protokoll 25.12.2020 25

p28: Maximilian Klar 4. Versuchszusammenfassung In diesem Versuch wurden verschiedene Spannungsteiler untersucht. Dabei wurden verschiedene Schaltungen aufgebaut und die Spannung und Stromstärke gemessen. Die gemessenen Werte wurden mit den errechneten Werten verglichen und die Abweichungen analysiert. Es wurde festgestellt, dass die gemessenen Werte meist kleiner als die errechneten Werte waren. Die Abweichungen waren jedoch meist relativ gering. 5. Anwendungsmöglichkeiten Spannungsteiler werden in vielen Bereichen der Elektrotechnik und Elektronik eingesetzt. Einige Anwendungsmöglichkeiten sind: ● Messung von Spannungen ● Regelung von Spannungen ● Regelung von Stromstärken ● Regelung von Leistungen ● Regelung von Frequenzen ● Regelung von Phasen ● Regelung von Amplituden ● Regelung von Modulationen ● Regelung von Signalen ● Regelung von Schwingungen ● Regelung von Oszillationen ● Regelung von Resonanzen ● Regelung von Impedanzen ● Regelung von Kapazitäten ● Regelung von Induktivitäten ● Regelung von Widerständen ● Regelung von Leitwerten ● Regelung von Blindwiderständen ● Regelung von Blindleitwerten ● Regelung von Scheinwiderständen ● Regelung von Scheinleitwerten ● Regelung von Wirkwiderständen ● Regelung von Wirkleitwerten ● Regelung von Leistungsfaktoren ● Regelung von Phasenverschiebungen ● Regelung von Oberwellen ● Regelung von Harmonischen ● Regelung von Verzerrungen ● Regelung von Klirrfaktoren ● Regelung von Intermodulationen ● Regelung von Rauschen ● Regelung von Brummen ● Regelung von Störungen ● Regelung von Interferenzen ● Regelung von Reflexionen ● Regelung von Absorptionen ● Regelung von Transmissionen ● Regelung von Emissionen ● Regelung von Immissionen ● Regelung von Strahlungen ● Regelung von Feldern ● Regelung von Wellen ● Regelung von Impulsen ● Regelung von Pulsen ● Regelung von Flanken ● Regelung von Anstiegszeiten ● Regelung von Abfallzeiten ● Regelung von Verzögerungszeiten ● Regelung von Laufzeiten ● Regelung von Ausbreitungszeiten ● Regelung von Signallaufzeiten ● Regelung von Signalverzöger

Grundlagen und Theorie der Spannungsteiler

Dieses Kapitel erläutert die theoretischen Grundlagen von Spannungsteilern. Ein unbelasteter Spannungsteiler besteht aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen und teilt die Gesamtspannung in zwei Teilspannungen auf.

Definition: Ein Spannungsteiler ist eine elektrische Schaltung, die eine Eingangsspannung in kleinere Ausgangsspannungen aufteilt.

Das Ohmsche Gesetz und die Gesetze für Reihenschaltungen werden vorgestellt, um die Formeln für Spannungsteiler herzuleiten.

Highlight: Die zentrale Formel für Spannungsteiler lautet: U₁ = (UGesamt * R₁) / (R₁ + R₂)

Wichtige Anmerkungen zur korrekten Messung von Stromstärke und Spannung werden gegeben.