Praktikum: Klemmspannung

MrWunderbar · Anmeldungsdatum: 13.06.2008 Beiträge: 8

Hallo,
ich muss ein Protokoll schreiben für ein Praktikum. Thema ist Innenwiderstände von Stromquellen.
Ich komme einfach nicht weiter bei der Auswertung.
Ich verstehe nicht genau was ich bei Aufgabe 2 machen soll.

hier ist das Aufgabenblatt

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Meinst du mit deiner Frage vor allem die Stelle "Zeichne die Geraden kleinster und größter Steigung ..." ?

Du hast ja in dem Diagramm, das du mit deinen Messdaten zeichnest, mehrere Möglichkeiten, eine Ausgleichsgerade durch deine Messpunkte zu zeichnen.

Eine "mittlere Gerade", die mittig durch deine "Wolke" von Messpunkten hindurchgeht, und andere Geraden, die eine größere und eine kleinere Steigung haben, aber auch noch ziemlich gut zu deinen Daten passen.

Besonders wenn du deine Datenpunkte mit ihren Fehlerbalken eingezeichnet hast, wird es dir leicht fallen, die beiden Geraden in dein Diagramm einzuzeichen, die maximale bzw. minimale Steigung haben und dabei trotzdem noch gut zu deinen Daten passen.

Aus den Steigungen dieser drei Geraden kannst du dann den Messwert, die obere Fehlergranze und die untere Fehlergrenze für deinen zu bestimmenden Widerstand entnehmen.

Das ganze ist also sozusagen eine grafische Fehlerrechnung: Durch das schlichte Einzeichnen der Fehlerbalken und der drei Geraden ersparst du dir das mühsame Durchführen einer numerischen oder statistischen Fehlerrechnung.

MrWunderbar · Anmeldungsdatum: 13.06.2008 Beiträge: 8

ja, aber leider sehen bei mir die messdaten nicht gerade nach einer linearen kurve aus, sondern eher so

http://img93.imageshack.us/img93/5586/kurvehb1.gif

ich hab hier mal ein paar messdaten:
Widerstand (in Ω) | Spannung (in V) | Stromstärke (in A) | | Klemmspannung (errechnet)
0 | 10,16 | 0,00 | | 10,16
3 | 7,92 | 1,76 | | 4,88
6 | 8,36 | 1,11 | | 3,50
9 | 8,62 | 0,79 | | 3,05
12 | 8,80 | 0,61 | | 2,84
15 | 8,90 | 0,50 | | 2,66
18 | 9,59 | 0,43 | | 2,42
21 | 9,65 | 0,37 | | 2,39
24 | 9,72 | 0,33 | | 2,24
27 | 9,77 | 0,29 | | 2,33
30 | 9,87 | 0,26 | | 2,36

die klemmspannung wurde aus folgender formel errechnet:

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Hallo

in der Arbeitsanweisung steht doch "Miss

...". Deine Messwerte sehen aus, als ob du die animmst,

zu messen und damit dann

ausrechnest.

Wie bist du auf den Strom gekommen? Hast du den auch gemessen?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Tipp: Was hast du auf den Achsen deines Diagrammes aufgetragen? Und was solltest du auf den Achsen eines Diagrammes auftragen, in dem die Messpunkte eine Gerade wie in der Gleichung aus dem Hinweise der Anleitung ergeben?

---------------

Deine Tabelle mit den Angaben "Widerstand, Spannung, Stromstärke" ist noch sehr wenig aussagekräftig, da du nicht dazusagst, um welchen Widerstand, etc. es sich da handeln soll.

Magst du das Schaltungsbild mit konkreten Bezeichnungen zeigen, und dann sagen, welche dieser konkreten Werte du als Überschrift in deine Tabelle schreibst?

Welche Werte hast du konkret im Versuch gemessen?

MrWunderbar · Anmeldungsdatum: 13.06.2008 Beiträge: 8

die stromstärke und die spannung wurden mit multimetern bestimmt, der widerstand per hand eingestellt. die klemmspannung wurde dann berechnet. Unser lehrer hat sich alles nochmal angesehen, bevor wir losgelegt haben, deshalb kann ich davon ausgehen, dass ich das richtige gemessen habe.

die messdaten, die ich hier gepostet habe sind die von der 10 V wechselspannungsquelle, der widerstand ist ja eigentlich klar: ein 30 ohm drehwiderstand der immer in 3 ohm schritten erhöht wird.
auf der kurve ist die Klemmspannung (y-achse) in abhängigkeit zum widerstand (x-achse) zu sehen.

Ist die Kurve falsch? sollte ich eine andere abhängigkeit darstellen?

Die schaltung sieht so aus:

http://img361.imageshack.us/img361/7308/fehlerschaltungfc5.gif

ihr seid mir eine echt große hilfe, deshalb bedanke ich mich schonmal für eure bemühungen Thumbs up!

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Ja, dann ist die Kurve falsch. Du sollst die Klemmspannung in Abhängigkeit von der Stromstärke darstellen.

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Aber die Klemmenspannung ist dann auch falsch, oder etwa nicht? Markus, siehst du das auch so? (Ich bin schon völlig k.o. von dieser Aufgabe, aber ich glaube, ich liege richtig)

MrWunderbar, du hast die Klemmenspannung gemessen und musst sie nicht erst ausrechnen. Die Formel von oben

ist doch die Ausgleichsgerade dieser Messung - quasi die Funktion, mit der du deine Messung graphisch darstellen kannst.

ist ein konstanter Wert und zwar genau der Wert, an dem deine Gerade, die du einzeichnest die y-Achse schneidet. Bzw. ist der Wert, den die Klemmenspannung annimmt, wenn

. Es müsste

sein, laut deiner Messung ist es ein wenig höher bei

, aber das ist ok.

Also, nicht erst umrechnen, sondern gleich deine Messwerte in Abhängigkeit von der Stromstärke auftragen.

Scheinbar hast du den Versuch ja in der Schule gemacht. In welcher Klasse bist du denn? Kannst du schon ableiten?

MrWunderbar · Anmeldungsdatum: 13.06.2008 Beiträge: 8

das ist jetzt ein bisschen peinlich:
ich bin 12 klasse gymnasium in bw und habe physik als sog. Kernfach (hieß früher leistungskurs)
das problem ist nur, dass unser praktikum nur sehr wenig mit dem unterrichtsstoff zu tun hat. viele versuche finde ich ein wenig umständlich und verstehe meistens nicht was der lehrer von mir will...

natürlich kann ich ableiten, in mathe lernen wir alles abzuleiten ^^

http://img264.imageshack.us/img264/1520/kurvein0.gif

ist diese kurve besser? sie zeigt die gemssene Spannung in abhängigkeit zur stromstärke

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Hi, das sollte ja keine Beleidigung sein mit dem Ableiten. Ich weiß ja nicht, wer hier schreibt. Aber wenn du das schon kannst, dann leite doch mal deine Formel für die Klemmenspannung nach I ab. Und wie war das? Die erste Ableitung einer geraden Funktion ist der Anstieg der Geraden....??!!

Dann siehst du, dass der Anstieg gerade was ist? Was will der Lehrer also mit euch bestimmen?

Die Kurve ist übrigens besser. Perfekt! und jetzt noch so vorgehen, wie Markus es oben beschrieben hat, um den Anstieg zu ermitteln. (Kleiner Tipp: Man darf auch mal einen blöden Messwert als Ausreißer kennzeichnen und bei der Auswertung außen vor lassen.)

MrWunderbar · Anmeldungsdatum: 13.06.2008 Beiträge: 8

ist dieses schaubild (ist nur so ne art skizze) nun im sinne der aufgabe? die messwerte eingetragen, zwei geraden (kleinste & größte steigung) und die rote kurve ist dann die ausgleichsgerade

http://img381.imageshack.us/img381/7500/kurvebr3.gif

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

So in etwa. Die obere Linie ist ok, aber die untere würde ich nicht nur durch einen einzigen Punkt gehen lassen. Lass den mal lieber raus und versuch etwas, dass möglichst viele Messerte miteinbezieht (zB die letzten 4). Aber im großen und ganzen finde ich die mittlere schon sehr treffend. Thumbs up!

Und? Schon abgeleitet?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich bin mit dem Schaubild so komplett schon einverstanden smile

Insbesondere bin ich mit deiner Überlegung einverstanden, dass du alle diese drei Geraden genau durch den Punkt ("Strom=Null / Spannung= 10 V") gehen lässt, denn diesen Punkt kennst du (im Gegensatz zu deinen anderen Messpunkten) genau und ohne Messunsicherheiten.

Aus diesen schwarzen und roten Geraden kannst du sinnvolle Werte für die maximale, minimale und die mittlere Steigung entnehmen.

Die blaue Zickzacklinie hingegen ist ohne jegliche Funktion und physikalische Aussagekraft, ich würde daher unbedingt empfehlen, sie wegzulassen.

MrWunderbar · Anmeldungsdatum: 13.06.2008 Beiträge: 8

so, ich habe das protokoll jetzt fertig!
Ja ich habe nach I abgeleitet, da bleibt nur "- Ri" übrig, ist der Innenwiderstand von der Stromquelle.
Habe das Protokoll mal hochgeladen, falls es euch noch interessiert.
Vielen Dank für eure kompetente Hilfe!
Am Freitag habe ich das nächste Praktikum, vielleicht melde ich mich da dann wieder Augenzwinkern

http://rapidshare.com/files/123147385/Praktikumsprotokoll_zu_Versuch_Nr6.pdf

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

ich glaube, ich bin zu dumm dafür Hilfe

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Moment mal: in deinem Protokoll hast du Tabellen, wo du R variierst und dabei U/I misst.

Wie kann denn die Spannung bei R=0 (=Kurzschluss) am grössten sein? Bei Vergrösserung von R sinkt die Spannung...?

Das KANN so nicht stimmen.

Wenn du durch Regression einen Innenwiderstand ausbekommst, dann musst du die Einheit hinschreiben, also Ohm. Ausserdem kann Ri nicht negativ sein!

In ein Protokoll gehört ausserdem reingeschrieben, welche Messinstrumente verwendet wurden.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich finde, Gargy hat recht treffend zum Ausdruck gebracht, dass man, so wie es bisher dasteht, aus deinem Protokoll noch nicht so recht schlau wird Augenzwinkern

Ein Protokoll ist ja dafür da, dass man festhält, was man in dem Versuch gemacht hat. Und zwar so, dass ein Mitschüler auf vergleichbarem allgemeinem Wissenstand, der sich nicht konkret mit diesem Versuch beschäftigt hat, versteht und nachvollziehen kannst, was du gemacht hast.

So ein Mitschüler wird dich fragen:

1) Was ist denn das überhaupt, eine Klemmenspannung und ein Innenwiderstand einer Spannungsquelle?

Das könntest du kurz in Worten zusammenfassen, in einem Schaltplan einzeichnen und zeigen, und die Formel vorstellen, die du ja dann auch später für deine Gerade verwendest.

2) Was hast du da konkret gemessen, welche Versuche hast du da konkret durchgeführt? Wie war dabei jeweils dein Versuchsaufbau (Schaltplanskizze, ...)?

Diese Informationen könntest du zum Beispiel direkt deinen Messwerttabellen zu den jeweiligen Versuchsteilen voranstellen.

Ganz besonders must du dabei genau schreiben, welche Spannung, welche Stromstärke, welchen Widerstand, etc. du jeweils genau meinst. Es reicht dabei also nicht, wenn du zum Beispiel in deiner Tabellenspaltenüberschrift "Widerstand" schreibst, sondern da solltest du mit der genauen Variablenbezeichnung, wie sie auf im Schaltplan des Versuchsaufbaus wiederzufinden ist, arbeiten. Zum Beispiel musst du hier konkret zwischen dem Innenwiderstand der Batterie einerseits und dem Lastwiderstand außen (dessen Wert du im Versuch verändert hast, um verschiedene Stromstärken einzustellen) andererseits unterscheiden.

3) Dann kommt natürlich ein Teil, in dem du deine Ergebnisse darstellst, auswertest und die Fehler deiner Ergebnisse ermittelst. Auch in diesem Teil darfst du (gerne mit etwas Begleittext) darauf achten, dass man beim Lesen nachvollziehen kann, was du da vorrechnest und auswertest. (Zum Beispiel könntest du eines der Steigungsdreiecke einzeichnen, an denen du deine Geradensteigungen abgelesen hast.)

4) Und ganz ans Ende des Protokolls gehört natürlich noch eine Zusammenfassung. In der gibst du nicht nur den Wert bzw. die Werte an, die bei deiner Auswertung schlussendlich herausgekommen sind, sondern auch seinen/ihre Fehlerbalken, die du ja ebenfalls in deinem Versuch ermittelt hast.

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

'tschuldigung, kleines Missverständnis. Ich meinte eigentlich, dass ich das Protokoll nicht runterladen kann. Ich soll immer die Zeichen mit der Katze eingeben. Aber da sind überall Katzen!!! Das klappt nicht bei mir. Würd's mir gern angucken - gerade weil schnudl einen guten Einwand gebracht hat, der alles etwas merkwürdig erscheinen lässt.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Manchmal haben die bei rapidshare auch happy hour, da gehts ganz ohne Katzen.

Ich glaube, wenn da Katzen sind, dann sollen das an vier dieser Buchstaben oder Zahlen Katzen sein, und an den anderen Buchstaben oder Zahlen Hunde. Hilft das beim Runterladen bei rapidshare?

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Hui, Happy Hour!! (Doofe Katzen)

Ja, ok, das sieht ja ziemlich fetzig aus, aber ist schon ein bisschen wneig. Vielleicht reicht ein Kurzprotokoll ja aus?! Bei mir waren die früher auch nicht so scharf auf viel Text...

MrWunderbar, du hast doch selbst ausgerechnet, dass der Anstieg der Geraden dem negativen Innenwiderstand entspricht. Wenn dein Anstieg negativ ist, Ansage

muss der Innenwiderstand doch positiv sein.

Das zeigt aber, dass die Messungen schon richtig sein müssen, nicht? Wo ist also der Denkfehler mit der abnehmenden Spannung bei steigendem Widerstand? grübelnd

Das müsste man doch rauskriegen...

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Wenn jemand einen Geistesblitz hat, würde ich den gern erfahren. Bei mir funktioniert das tatsächlich nicht...

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

bei sinkendem Widerstand wird die Quelle mehr belastet, daher muss die Klemmenspannung kleiner werden (quasi einbrechen). Keinesfalls kann Uk mit steigender Belastung grösser werden.

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Aber hier wird doch mit steigendem Widerstand die Klemmenspannung kleiner... Wie passt das denn jetzt?

Die Klemmenspannung sinkt, weil der Strom ansteigt und damit der Spannungsabfall am Ri größer wird. Aber wo steigt den da der Strom? Ich steht total auf der Leitung, glaube ich.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Der Widerstand wurde in 0,3 Ohm-Schritten mit einem regelbaren Widerstand eingestellt. Mir ist da nicht so ganz klar, ob das alles so richtig ist, aber MrWunderbar hat in einem seiner ersten Beiträge geschrieben, das die Messwerte laut Lehrer richtig sind.

Kurioserweise habe ich heute in einem anderen Protokoll genau das gleiche gelesen - der Strom würde steigen, wenn man den Widerstand erhöht.

Das steht hier, gleich unter 1. Vorbereitung...
www.fh-muenchen.de/fb05/vs/UnterlagenLehre/paerschke/praktika/et1_1.pdf

Deswegen dachte ich, ich hätte einen Denkfehler und würde es nur nicht sehen. Aber wenn du dir jetzt auch sicher bist, dass es falsch ist...

Zur Schaltung kann ich nichts sagen. Ich glaube, für MrWunderbar ist das Thema auch schon gegessen. Mal gucken, ob er nochmal vorbeischaut.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Ich habe nicht genau genug geschaut. LOL Hammer

Der Fehler liegt im ersten Datensatz: Hier gibt es einen Stromwert=0 bei R=0, das kann nicht stimmen. Hier wurde vermutlich der Stromkreis geöffnet (R=unendlich) und die Leerlaufspannung gemessen.

Die restlichen Werte sind OK: I sinkt mit steigendem R, so wie es sein soll. Dass hier ein Knick in den Messwerten drin ist, ist zwar unschön, aber nicht fatal.

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Aber... die Klemmenspannung sinkt doch auch grübelnd

Das verstehe ich jetzt trotzdem nicht, denn wenn

konstant bleibt und mit sinkendem Strom der Spannungsabfall über dem Ri kleiner wird... dann wird

doch größer. Wo ist der Fehler?

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Oh mann, alles klar. Jetzt ist der Groschen endlich gefallen.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Ja, so ging es mir auch...

Wie gesagt: die erste falsche Zeile in den Daten ist so verwirrend, dass man den Rest schon nicht mehr erkennt. Big Laugh

MrWunderbar · Anmeldungsdatum: 13.06.2008 Beiträge: 8

ich hab das protokoll schon lange abgegeben und ich hätte nicht gedacht, dass ihr noch weiter diskutiert. Das Protokoll muss nicht mal annähernd so ausfürlcih sein, wie das dermarkus geschildert hat. Keine Sorge, ich habe die von meinen Mitschülern gesehen und meines konnte da locker mithalten.

Zur Diskussion, dass der Strom steigt, wenn man den Widerstand erhöht, kann ich nur sagen, dass es vermutlich der Witz daran ist, weil wir nämlich - mit voller absicht - sehr alte Spannungsquellen verwendet haben, diese haben - zumindest vermute ich das - ein anderes Verhalten, und liefern nicht immer saubere Ströme und Spannungen.

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Mach mal lieber ein neues Thema auf.

Die Sache mit dem ersten Datensatz war richtig durchgeführt von dir, aber falsch interpretiert. Du sollst I = 0 durch eine Unterbrechung bewirken. Aber der Widerstand ist dann unendlich und nicht 0 (das stand nicht in der Aufgabe, sondern war deine Interpretation).

Das mit dem Uni-Niveau musst du entschuldigen... wir stecken da so drin Augenzwinkern

Ach so, und das mit dem Strom-Spannungsverhalten ist auch richtig, war nur ein doofer Denkfehler - ich glaube nicht, dass es an den alten Spannungsquellen liegt. Die haben vor 20 Jahren schon genauso funktioniert wie heute Augenzwinkern