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 (mA) | 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 nimmt etwa 0.83 A auf und hat im heißen Zustand einen Widerstand von etwa 144 Ω.
- 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, was bei fester Spannung dasselbe wie P = V²/R ist. Eine Last mit geringerem Widerstand zieht mehr Strom und gibt mehr Leistung ab, aber Leistung und Strom skalieren beim Ändern des Widerstands mit demselben Faktor — Halbierung von R verdoppelt beide, vervierfacht nicht die Leistung, weil R selbst schrumpft, während I wächst.
Schaltkreise
- Ohmsches Gesetz: Strom, Spannung und Widerstand
- Widerstände in Reihe: Widerstände add
- Widerstände parallel: Strom teilt sich
- Batterien in Reihe: Die EMFs addieren sich
- Ideale Messgeräte: Amperemeter und Voltmeter stören den Stromkreis nicht
- Glühbirnen in Reihe: Gemeinsamer Strom, dunklere Glühbirnen
- Lampen parallel geschaltet: Gleiche Spannung, volle Helligkeit
- Kurzschluss einer Glühbirne: Was passiert, wenn Sie eine überbrücken?
- Ein Rheostat-Dimmer: Stufenlos variabler Widerstand
- Richtige Platzierung des Messgeräts: Amperemeter in Reihe, Voltmeter parallel
- Vertauschte Zähler: Ein häufiger Verkabelungsfehler
- RC-Aufladung: Der exponentielle Ansatz eines Kondensators