Big Bang Physik 6, Schulbuch

GG 6.2/G 6.2 Elektrizitätslehre/Elektrische Energie 83 Grundlagen der Elektrizität 2  23  23.3 Straßensperre auf der Autobahn Voltmeter und Amperemeter Im Prinzip kann man mit jedem Gerät, das den Strom messen kann, auch die Spannung messen und umgekehrt. Wie das funktioniert und was man dabei beachten muss, erfährst du in diesem Kapitel. Spannungsmessgeräte nennt man Voltmeter und Strom- messgeräte Amperemeter . Damit du deren Funktionsweise verstehst, vorher noch ein paar Worte zum elektrischen Widerstand (Details siehe Kap. 23.4; S. 84). Dieser gibt ein- fach gesagt an, wie stark der Fluss der Ladungen in einem Leiter behindert wird. Je größer der elektrische Widerstand, desto geringer der Stromfluss. Tab. 23.2:  Einige wichtige Schaltzeichen Welche der Aussagen ist richtig? a) Spannungsmes- sung beruht auf Strommessung! b) Strommessung beruht auf Spannungsmessung! Wie musst du das Messgerät (Abb. 23.14) anschließen, wenn du den Strom bzw. die Spannung in diesem Stromkreis messen möchtest? Seriell oder parallel? Und was hat das für einen Grund? Welche der beiden Methoden ist sinnvoller, wenn du die Anzahl der Autos wissen möchtest, die pro Stunde auf einer bestimmten Autobahn fahren? a) Die Autos vom Rand aus zählen. b) Eine Straßensperre errichten, die Autos einzeln anhalten und dabei zählen. Eine Flachbatterie hat 4,5V. Was passiert mit der Spannung, wenn die Batterie Strom liefert? a) Sie sinkt. b) Sie steigt. c) Sie bleibt gleich. F9 W2  F10 W2  Abb. 23.14 F11 E2  F12 W2  Wir stellen die folgenden Überlegungen am Beispiel der Drehspulgeräte an (Abb. 23.11 a und Abb. 23.12 links), weil dort das Prinzip offensichtlicher wird. Sie gelten aber auch für digitale Messgeräte. Generell kann man sagen: Damit eine Messung sinnvoll ist, darf dabei die zu bestimmende Größe nicht – beziehungsweise so wenig wie möglich – beeinflusst werden. Wenn du etwa die Frequentierung einer Autobahn wissen willst und dazu eine Straßensperre errich- test, dann bremst du damit den Verkehr gewaltig und be- kommst eine unrealistisch geringe Autozahl heraus ( F11 ). Bei der Strommessung ist es ganz ähnlich: Der Stromfluss darf dabei nicht verringert werden. Das geht nur dann, wenn der Widerstand des Amperemeters sehr klein ist. Damit der gesamte Strom durch das Gerät fließen kann, muss es seriell im Stromkreis platziert werden ( F10 ; Tab. 23.3 links oben). Damit meint man, dass der Strom nacheinander durch Amperemeter und Birne fließt. Je größer die Stromstärke, desto stärker das Magnetfeld der Spule und desto stärker der Zeigerausschlag. Es ist ähnlich, wie wenn du die Wasserstromstärke in einem Rohr mit Hilfe einer Turbine misst (Tab. 23.3 links unten). Das Wasser muss dazu zur Gänze an der Turbine vorbei. Deren Drehzahl gibt dir Aufschluss über die Wassermenge pro Zeit. Die Turbine darf aber bei der Messung den Wasserfluss nicht bremsen. Bei der Spannungsmessung muss man sich einen Trick einfallen lassen, weil ein Drehspulmessgerät ja nur den Stromfluss anzeigen kann. Du musst die Spannung also irgendwie in Strom „übersetzen“. Außerdem darf die Messung den Stromfluss nicht verändern, weil sich dadurch wiederum die Spannung verändern würde. Strommessung Spannungsmessung Das Amperemeter ist seriell geschaltet. Sein Widerstand muss so klein wie möglich sein, um die Messung nicht zu beeinflussen. Durch Lampe und Amperemeter fließt gleich viel Strom. Das Voltmeter ist parallel geschaltet. Sein Widerstand muss so groß wie möglich sein, um die Messung nicht zu beeinflussen. Der Strom durch das Voltmeter ist viel geringer als der durch die Lampe. Tab. 23.3:  Strom- und Spannungsmessung im Vergleich und Analogien mit dem Wasserfluss Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv