Wheatstonesche Messbrücke
Lehrpläne: A-level (extension), Sek II
Ziel¶
Gleichen Sie die Brücke ab und bestimmen Sie einen unbekannten Widerstand aus der Abgleichbedingung.
Aufbau¶
Eine Spannungsquelle mit 5 V. Im oberen Zweig liegen \(R_1\) und \(R_2\), je 1 kΩ. Im unteren Zweig liegen \(R_3\), 1 kΩ, und ein unbekannter Widerstand \(R_x\). \(R_3\) dient als Widerstandsdekade: Sein Wert wird in der Parameterkarte geändert. Das Voltmeter liegt in der Brückendiagonale.
Durchführung¶
- Notieren Sie den Messwert des Voltmeters.
- Wählen Sie \(R_3\) aus und ändern Sie seinen Widerstand in der Parameterkarte, bis das Voltmeter null zeigt.
- Notieren Sie \(R_3\) beim Abgleich.
- Berechnen Sie \(R_x = R_3 \cdot R_2 / R_1\) und vergleichen Sie das Ergebnis mit dem Nennwert von \(R_x\) in seiner Parameterkarte.
Erwartetes Ergebnis
Bei \(R_3\) = 1 kΩ zeigt das Voltmeter etwa 0,50 V: Der Mittelpunkt des unteren Zweigs liegt auf 3,0 V, der des oberen Zweigs auf 2,5 V. Null ergibt sich bei \(R_3\) = 1,5 kΩ: \(R_x\) = 1500 · 1000 / 1000 = 1500 Ω, wie in der Parameterkarte. Die verbleibende Abweichung ist nahezu null und kommt vom Widerstand der Kabel.
Fragen¶
- Welches Verhältnis müssen die Widerstände der Zweige haben, damit das Voltmeter null zeigt?
- Warum ist eine Messung mit einer Brücke genauer als eine Messung nach dem Ohmschen Gesetz?
Antworten
- Beide Zweige müssen die Spannung der Quelle im gleichen Verhältnis teilen, \(R_1 / R_2 = R_3 / R_x\): Dann liegen die beiden Mittelpunkte auf demselben Potential, und daraus folgt \(R_x = R_3 \cdot R_2 / R_1\). Hier ist \(R_1 = R_2\), daher ist die Brücke abgeglichen, wenn \(R_3 = R_x\) = 1,5 kΩ ist.
- Beim Abgleich muss das Voltmeter nur null erkennen, und es fließt kein Strom hindurch, daher gehen sein eigener Widerstand und sein Anzeigefehler nicht in das Ergebnis ein; ebenso wenig die genaue Spannung der Quelle. \(R_x\) folgt allein aus dem Verhältnis bekannter Widerstände. Bei der Messung nach dem Ohmschen Gesetz enthält \(R = U / I\) die Fehler zweier Messgeräte, dazu den Spannungsabfall am Amperemeter oder den Strom, den das Voltmeter aufnimmt.