Anschluss von Amperemeter und Voltmeter

Lehrpläne: KS3, cycle 4, Sek I

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Ziel

Lernen Sie, ein Amperemeter in Reihe und ein Voltmeter parallel zu einem Abschnitt des Stromkreises anzuschließen.

Aufbau

Eine Spannungsquelle mit 6 V, ein Amperemeter, ein Widerstand von 100 Ω; ein Voltmeter ist parallel zum Widerstand geschaltet. Die Messgeräte sind im DC-Modus.

Durchführung

1. Notieren Sie die Messwerte von Amperemeter und Voltmeter.
2. Ziehen Sie ein zweites Amperemeter aus dem Bauteile-Panel und schließen Sie es mit Kabeln parallel zum Widerstand an.
3. Löschen Sie das zusätzliche Amperemeter und schalten Sie die Quelle mit dem Netzschalter ein.
4. Schalten Sie das Voltmeter in Reihe in den Stromkreis: Entfernen Sie das Kabel zwischen Amperemeter und Widerstand und stecken Sie die Kabel des Voltmeters um – das Kabel von „+“ an den Ausgang des Amperemeters, das Kabel von „−“ an die linke Buchse des Widerstands. Notieren Sie die Messwerte beider Messgeräte.

Erwartetes Ergebnis

Das Amperemeter zeigt etwa 59,6 mA, das Voltmeter etwa 5,96 V. Ein parallel geschaltetes Amperemeter ist fast widerstandslos und schließt den Widerstand kurz: Im Stromkreis bleiben nur der Innenwiderstand der Quelle und die beiden Amperemeter. Die Stromstärke übersteigt 7 A, der Überlastschutz schaltet die Quelle ab, und die Kontrollleuchte blinkt rot. Nachdem das zusätzliche Amperemeter gelöscht und die Quelle eingeschaltet ist, sind die Messwerte wie zuvor.

Ein in Reihe geschaltetes Voltmeter zeigt fast die gesamte Spannung der Quelle, etwa 6,00 V, und das Amperemeter praktisch null (weniger als ein Mikroampere): Der Widerstand des Voltmeters von 10 MΩ ist hunderttausendmal größer als der Wert des Widerstands, und das Voltmeter lässt kaum Strom durch. Am Widerstand liegt dabei fast keine Spannung: Ein in Reihe geschaltetes Messgerät „nimmt“ sich die ganze Spannung.

Fragen

1. Warum muss ein Amperemeter einen kleinen Widerstand haben und ein Voltmeter einen großen?
2. Warum zeigt ein in Reihe geschaltetes Voltmeter fast die Spannung der Quelle, während der Strom im Stromkreis verschwindet?

Antworten

1. Das Amperemeter ist in Reihe geschaltet, daher kommt sein Widerstand zum Stromkreis hinzu und muss klein sein, damit das Messgerät den Strom, den es misst, nicht verringert: hier 0,1 Ω gegenüber 100 Ω. Das Voltmeter ist parallel geschaltet und leitet einen Teil des Stroms an dem Abschnitt vorbei, den es misst; bei 10 MΩ gegenüber 100 Ω ist dieser Teil etwa ein Hunderttausendstel des Stroms durch den Widerstand.
2. In Reihe kommen die 10 MΩ des Voltmeters zum Widerstand von 100 Ω hinzu, daher beträgt die Stromstärke nur \(I = U / R\) ≈ 6 V / 10 MΩ = 0,6 µA. Bei dieser Stromstärke liegen am Widerstand nur etwa 60 µV, am Amperemeter und an der Quelle noch weniger, und fast die gesamten 6 V bleiben am Voltmeter.