Jan Strobl

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Versuch Nr. 4

NICHT AKTUELL
(1999)

Dieses Dokument stammt noch aus meiner Schulzeit. Ich habe es in der 9. Klasse im Alter von 14 Jahren erstellt, entsprechend ist der inhaltliche Anspruch und Fehlerfreiheit ist nicht gewährleistet. Da die hier befindlichen Dokumente jedoch durchweg gut bewertet wurden, stelle ich sie anderen Schülern als Hilfe zur Verfügung.

Der Innenwiderstand von Spannungsquellen

In einem Stromkreis fließen die Ladungsträger in einem geschlossenen Kreis. Daraus folgt, daß sie natürlich auch durch die Stromquelle fließen. In der Spannungsquelle wird wie in anderen elektronischen Bauteilen wie zum Beispiel Drähten ein Widerstand der Bewegung der Ladungsträger entgegengesetzt. Dieser Widerstand der Spannungsquelle wird Innenwiderstand genannt. Mißt man die Belastungsspannung U_Bel und die StromstärkeI bei verschieden großen Widerständen R_i und trägt U gegen I in einem Diagramm auf ist der Schnittpunkt mit der U-Achse die Leerlaufspannung U₀ und der Schnittpunkt mit I Achse der Kurzschlußstrom I_k. Den Innenwiderstand der Spannungsquelle liefert die Steigung der Geraden.

Geräteliste

Gleichstrom Netzgerät
Neue 4,5 V Batterie
Gebrauchte 4,5 V Batterie
Voltmeter
Amperemeter
Widerstände (10 - 100 Ω)
Kabelmaterial

Versuchsdurchführung

Die Schaltung wird wie im Schaltplan zu sehen mit einer Spannungsquelle, einem Voltmeter, einem Amperemeter, und einem Widerstand aufgebaut. Es werden nacheinander alle verschiedenen Widerstände eingesetzt, das Gleiche gilt für die Spannungsquellen. Stromstärke und Belastungsspannung werden gemessen. Wichtig ist, daß bei dem Einsatz von Batterien als Spannungsquelle der Stromkreis nur kurz geschlossen und dann wieder geöffnet wird damit die Batterie nicht entladen wird und damit die Meßwerte verfälscht.

Wertetabelle

Neue 4,5 V Batterie

R in Ω	U_Bel in V	I in A
100	4,67	0,046
90	4,66	0,051
80	4,65	0,057
70	4,63	0,065
60	4,62	0,076
50	4,58	0,9
40	4,56	0,11
30	4,46	0,148
20	4,43	0,216
10	4,35	0,4

Gebrauchte 4,5 V Batterie

R in Ω	U_Bel in V	I in A
100	4,68	0,044
90	4,65	0,049
80	4,59	0,056
70	4,57	0.063
60	4,56	0,074
50	4,52	0,08
40	4,49	0,109
30	4,47	0,144
20	4,38	0,21
10	4,15	0,383

Gleichstrom Netzgerät

R in Ω	U_Bel in V	I in A
100	9,37	0,97
90	9,52	1,08
80	9,48	1,21
70	9,31	1,38
60	9,26	1,6
50	9,43	1,91
40	9,29	2,22
30	9,28	3,22
20	9,11	4,78
10	8,93	5,50

Ergebnis

Leider scheinen alle Meßungen nicht sonderlich gut zu sein, da sich bei keiner einzigen Meßreihe eine Proportionalität erkennen läßt. Um Innenwiderstand, Kurzschlußstrom und Leerlaufspannung trotzdem festzustellen wurde eine Trendfunktion eingefügt. Die Meßreihe mit einem Netzgerät als Spannungsquelle ist total verunglückt was man am Diagramm gut erkennen kann. Die Ähnlichkeit der beiden Meßreihen mit Batterien ist vor allem beim Trend deutlich sichtbar. Der Innenwiderstand der Batterie steigt bei zunehmendem Verbrauch der Batterie. Beim Netzgerät liegt sowohl der Kurzschlußstrom als auch der Innenwiderstand deutlich höher als bei den Batterien. Die Meßwerte sollten allerdings mit Vorsicht betrachtet werden, da sie wie gesagt nicht sonderlich richtig wirken.
Diagramm Neue Batterie
Leerlaufspannung U₀: 4,7 V
Kurzschlußstrom I_K: 370 mA
Innenwiderstand R_i: 0,079Ω
Diagramm Alte Batterie
Leerlaufspannung U₀: 4,69 V
Kurzschlußstrom I_K: 400 mA
Innenwiderstand R_i: 0,085 Ω
Diagramm Netzteil
Leerlaufspannung U₀: 9,6 V
Kurzschlußstrom I_K: 5,7 A
Innenwiderstand R_i: 0,59 Ω

2007-04-15 20:51:09