Reihenschaltung

Lehrpläne: KS3, GCSE (Resistance), cycle 4, Sek I, AP2, IB B.5

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Ziel

Überprüfen Sie, dass in einer Reihenschaltung die Stromstärke überall gleich ist und dass sich die Teilspannungen und die Widerstände addieren.

Aufbau

Eine Spannungsquelle mit 9 V, ein Amperemeter und Widerstände von 100 Ω, 220 Ω und 470 Ω, in Reihe geschaltet. Über jedem Widerstand befindet sich ein eigenes Voltmeter.

Durchführung

1. Notieren Sie die Messwerte des Amperemeters und der drei Voltmeter.
2. Addieren Sie die Spannungen an den Widerständen und vergleichen Sie die Summe mit der Spannung der Quelle.
3. Berechnen Sie für jeden Widerstand die Stromstärke \(I = U / R\) und vergleichen Sie sie mit dem Messwert des Amperemeters.
4. Berechnen Sie den Gesamtwiderstand \(R = (U_1 + U_2 + U_3) / I\) und vergleichen Sie ihn mit der Summe \(R_1 + R_2 + R_3\).
5. Verringern Sie die Spannung der Quelle auf 4,5 V und wiederholen Sie die Messungen.

Erwartetes Ergebnis

Die Stromstärke beträgt etwa 11,4 mA. Die Spannungen betragen 1,14 V, 2,50 V und 5,35 V; zusammen ergeben sie etwa 8,99 V – fast die gesamte Spannung der Quelle. \(U / R\) ergibt für alle drei Widerstände dieselben 11,4 mA. Der Gesamtwiderstand beträgt 8,99 V / 11,4 mA ≈ 790 Ω – die Summe 100 + 220 + 470 Ω. Die Spannungen teilen sich im Verhältnis der Widerstände auf. Bei 4,5 V sind die Spannungen und die Stromstärke halb so groß, ihre Verhältnisse und der Gesamtwiderstand bleiben gleich.

Fragen

1. An welchem Widerstand liegt die größte Spannung, und warum?
2. Wie groß ist der Gesamtwiderstand zweier in Reihe geschalteter Widerstände von je 100 Ω?

Antworten

1. Am Widerstand von 470 Ω, etwa 5,35 V. Durch alle drei Widerstände fließt derselbe Strom von etwa 11,4 mA, deshalb ist nach \(U = I \cdot R\) die Spannung am größten Widerstand am größten.
2. In Reihe addieren sich die Widerstände: \(R = R_1 + R_2\) = 100 + 100 = 200 Ω.