Eine geschaltete Lampe: Verlustleistung in einer Glühbirne
1 · Vorhersagen
Eine 9 V-Batterie bringt eine Glühbirne über einen geschlossenen Schalter zum Leuchten. Wenn Sie eine Glühbirne mit geringerem Widerstand einsetzen, leuchtet diese dann heller oder schwächer?
- Eine Glühbirne mit geringerem Widerstand leuchtet schwächer.
- Eine Glühbirne mit geringerem Widerstand zieht mehr Strom und verbraucht mehr Leistung – sie leuchtet heller.
- Die Helligkeit hängt nicht vom Widerstand der Glühbirne ab.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Preset für geschaltete Lampen und drücken Sie „Zurücksetzen“. Der Schalter beginnt geschlossen, sodass die 9 V-Batterie die Lampe zum Leuchten bringt.
- Aktivieren Sie die Leistungsanzeige an der Lampe.
- Stellen Sie den Widerstand der Lampe für jeden Versuch ein und notieren Sie die Verlustleistung.
3 · Daten sammeln
| Lampenwiderstand R (Ω) | Strom I (A) | Verlustleistung P (W) |
|---|---|---|
| 50.00 | ||
| 100.00 | ||
| 150.00 |
Tragen Sie die Leistung P (y-Achse) gegen 1/R (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf.
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für einen Versuch I = E/R mit E = 9 V, dann P = I²R (oder äquivalent E²/R). Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum eine Glühbirne mit geringerem Widerstand, die bei gleicher Spannung mehr Strom zieht, letztendlich mehr Leistung verbraucht – die Helligkeit einer echten Glühbirne skaliert mit der Leistung.
5 · Vertiefen
- Eine „100 W“-Glühbirne bei 120 V verbraucht etwa 0.83 A und hat im heißen Zustand einen Widerstand von etwa 144 Ω. Erklären Sie anhand von P = E²/R, warum eine Glühbirne mit „höherer Wattzahl“, die für die gleiche Spannung ausgelegt ist, einen NIEDRIGEREN Widerstand haben muss, nicht einen höheren.
- Glühfäden versagen oft direkt beim Einschalten, wenn sie kalt sind und ihr Widerstand am geringsten ist. Erklären Sie anhand Ihres Leistungsverhältnisses, warum der Strom- (und Leistungs-) Anstieg in diesem Moment am höchsten ist.
Die Physik hinter diesem Experiment
Elektrische Leistung (von I und R)
Die als Wärme und Licht abgegebene Leistung in einer ohmschen Last beträgt P = I²R. Bei fester Spannung zieht eine Last mit geringerem Widerstand mehr Strom, und die Leistung wächst sogar noch schneller, da sie vom Quadrat des Stroms abhängt.