Schiebewiderstand als Helligkeitsregler

Lehrpläne: KS3, GCSE, Sek I

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Ziel

Regeln Sie mit einem Schiebewiderstand stufenlos die Stromstärke und die Helligkeit einer Glühlampe.

Aufbau

Eine Spannungsquelle mit 6 V, ein Amperemeter, ein Schiebewiderstand von 100 Ω und eine Glühlampe 6 V / 3 W in Reihe. Im Stromkreis liegt der Teil des Schiebewiderstands vom linken Ende bis zum Schleifer; der Schleifer steht bei 30 % (30 Ω).

Durchführung

1. Notieren Sie den Messwert des Amperemeters.
2. Schieben Sie den Schleifer an das linke Ende und notieren Sie erneut die Stromstärke.
3. Schieben Sie den Schleifer an das rechte Ende.
4. Suchen Sie die Stellung, bei der die Lampe mit halber Helligkeit leuchtet.

Erwartetes Ergebnis

Bei 30 Ω beträgt die Stromstärke etwa 165 mA. Am linken Ende ist der Widerstandswert des Schiebewiderstands nahezu null: Die Stromstärke beträgt etwa 0,5 A, und die Lampe leuchtet mit voller Helligkeit. Am rechten Ende (100 Ω) sinkt die Stromstärke auf etwa 55–60 mA, und die Lampe glüht überhaupt nicht, obwohl Strom fließt: An ihr liegen weniger als 0,2 V, der Glühfaden erwärmt sich nur auf 900 K, und sichtbares Glühen beginnt bei etwa 1000 K.

Fragen

1. Warum ändert sich die Stromstärke stufenlos und nicht sprunghaft?
2. Welcher Teil des Schiebewiderstands muss im Stromkreis liegen, damit sich die Stromstärke halbiert?

Antworten

1. Wenn Sie den Schleifer verschieben, ändern sich die Länge des Drahts im Stromkreis und mit ihr der Widerstand nur so wenig, wie sich der Schleifer bewegt, deshalb ändert sich auch die Stromstärke \(I = U / R\) allmählich. Bei einem echten Drahtschiebewiderstand springt der Schleifer von einer Drahtwindung zur nächsten, und der Widerstand ändert sich in sehr kleinen Schritten von einer Windung; im Simulator ändert er sich kontinuierlich.
2. Bei einer Lampe mit konstantem Widerstand müsste der Schiebewiderstand so viel hinzufügen wie die eigenen 12 Ω der Lampe (6 V / 0,5 A). Der Glühfaden kühlt ab, wenn die Stromstärke sinkt, und sein Widerstand nimmt ab, deshalb ist mehr nötig: Bei halber Stromstärke, etwa 0,24 A, liegen an der Lampe nur etwa 1,8 V, und der Schiebewiderstand muss den Rest mit etwa 17 Ω übernehmen, einem Sechstel seiner Länge.