Glühbirnen in Reihe: Gemeinsamer Strom, dimmbare Glühbirnen
1 · Vorhersagen
Zwei identische Lampen sind über eine 9 V-Batterie in Reihe geschaltet. Ist jede einzelne Glühbirne im Vergleich zu einer einzelnen Glühbirne mit derselben Batterie heller, dunkler oder gleich?
- Jede Glühbirne der Serie ist heller.
- Jede Glühbirne in der Reihe ist dimmbar – sie teilen sich den Strom und die Spannung.
- Jede Glühbirne ist genau so hell wie eine einzelne Glühbirne allein.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Preset „Glühbirnenserie“ und drücken Sie „Zurücksetzen“. Beide Lampen starten mit gleichem Widerstand.
- Aktivieren Sie die Stromanzeige für beide Lampen.
- Stellen Sie für jeden Versuch den Widerstand beider Lampen ein (gleicher Widerstand) und notieren Sie den gemeinsamen Strom.
3 · Daten sammeln
| Der Widerstand R jeder Glühbirne (Ω) | Gesamtwiderstand R_total (Ω) | Geteilter Strom I (A) |
|---|---|---|
| 50.00 | ||
| 100.00 | ||
| 150.00 |
Tragen Sie den Strom I (y-Achse) gegen den Gesamtwiderstand R_total (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf.
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für einen Versuch R_total = 2R, dann I = E/R_total unter Verwendung von E = 9 V. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Vergleichen Sie diesen Strom mit dem Strom des switched-lamp Experiments für eine einzelne Glühbirne mit demselben Widerstand. Erklären Sie, warum das Hinzufügen einer zweiten Glühbirne in Reihe den Strom exakt halbiert – und warum dadurch die Leistung jeder Glühbirne auf ein Viertel fällt, nicht auf die Hälfte, da P = I²R mit dem Quadrat des Stroms wächst.
5 · Vertiefen
- Wenn die beiden Glühbirnen unterschiedliche Widerstände hätten, würden sie dann gleich hell leuchten? Verwenden Sie P = I²R (gleiches I für beide, unterschiedliches R), um vorherzusagen, welches heller wäre.
- Was passiert mit der anderen Glühbirne, wenn eine Glühbirne in diesem Serienpaar durchbrennt (ihr Glühfaden bricht, praktisch unendlicher Widerstand)? Vergleichen Sie es mit dem Schaltverhalten des Short-a-bulb-Experiments.
Die Physik hinter diesem Experiment
Serienlampen teilen sich den Strom
In Reihe geschaltete Glühlampen führen denselben Strom I = E/(2R), aber jede Lampe erhält nur die Hälfte der Gesamtspannung. Da die Leistung I²R beträgt und der Strom kleiner ist als bei einer einzelnen Lampe, leuchtet jede Reihenlampe schwächer.