Ideale Messgeräte: Amperemeter und Voltmeter stören den Stromkreis nicht
1 · Vorhersagen
Zur Messung werden einem einfachen Widerstandskreis ein Amperemeter (in Reihe) und ein Voltmeter (parallel) hinzugefügt. Verändern die Messgeräte selbst das Verhalten der Schaltung?
- Ja – das Hinzufügen von Messgeräten ändert immer den Strom und die Spannung, die Sie messen möchten.
- Es hängt davon ab, welchen Widerstandswert Sie testen.
- Nein – ein ideales Amperemeter hat einen Widerstand von Null und ein ideales Voltmeter hat einen unendlichen Widerstand, sodass keines von beiden den Stromkreis stört.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Messwiderstandsvoreinstellung und drücken Sie „Zurücksetzen“. Das Amperemeter liegt in Reihe mit R1; Das Voltmeter liegt parallel zu R1.
- Aktivieren Sie sowohl die Amperemeter- als auch die Voltmeter-Anzeige.
- Stellen Sie den Wert von R1 für jeden Versuch ein und notieren Sie den Messwert des Amperemeters.
3 · Daten sammeln
| Widerstand R1 (Ω) | Voltmeter zeigt V an (V) | Amperemeter-Anzeige I (A) |
|---|---|---|
| 50.00 | ||
| 100.00 | ||
| 200.00 |
Tragen Sie die Amperemeter-Anzeige I (y-Achse) gegen 1/R1 (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf.
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für einen Versuch I = E/R1 mit E = 9 V. Vergleichen Sie mit der Tabelle. Beachten Sie, dass der Messwert des Voltmeters bei jedem Versuch 9 V bleibt – erklären Sie, warum.
- Ein ideales Amperemeter hat 0 Ω, sodass keine Spannung abfällt – die volle Batterie-EMK erscheint an R1, unabhängig vom Wert von R1. Erklären Sie, warum dies bedeutet, dass sich der Voltmeterwert nie ändert, selbst wenn sich R1 (und der Strom) ändern.
5 · Vertiefen
- Ein echtes Amperemeter hat einen kleinen, aber ungleich Null Widerstand, und ein echtes Voltmeter hat einen großen, aber endlichen Widerstand. Wäre der Widerstand eines echten (nicht idealen) Amperemeters bei einem sehr kleinen R1 im Vergleich zu R1 mehr oder weniger wichtig?
- Bei diesem Experiment werden das Amperemeter in Reihe und das Voltmeter parallel geschaltet – die einzige Anordnung, die den Stromkreis nicht stört. Sehen Sie sich das Experiment mit vertauschten Zählern an, um zu erfahren, was schief geht, wenn sie umgekehrt platziert werden.
Die Physik hinter diesem Experiment
Ideales Zählerverhalten
Ein in Reihe geschaltetes ideales Amperemeter (0 Ω) fügt der Schleife keinen Widerstand hinzu, und ein parallel geschaltetes ideales Voltmeter (∞ Ω) zieht keinen Strom – zusammen ermöglichen sie Ihnen das Ablesen des tatsächlichen Stroms und der tatsächlichen Spannung eines Stromkreises, ohne ihn zu stören.