Praxisnaher Leitfaden zu Stromteilern: Bauen, Messen und Simulieren mit 6 V-Batterie

Teile und Materialien

• Taschenrechner oder Bleistift & Papier für Berechnungen
• 6‑Volt-Batterie (wiederaufladbar oder frisch)
• Widerstände von 1 kΩ bis 100 kΩ

Querverweise

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Chapter 6: „Divider Circuits and Kirchhoff’s Laws.“

Lernziele

• Voltmeter, Amperemeter und Ohmmeter präzise nutzen.
• Ohmsches Gesetz (I = E/R) und Kirchhoffsches Stromgesetz (KCL) anwenden.
• Einen Stromteiler-Netzwerk entwerfen.

Schaltplan

Illustration

Hinweis: Die obere Schraube des rechten Lugs wird nur zu Demonstrationszwecken genutzt, um drei Drähte zu verbinden; sie spiegelt nicht Best Practice in professionellen Montagen wider.

Anweisungen

Experimentieren Sie mit drei Aufbauarten – Breadboard, Klemmleiste und Freiform –, um ihre jeweiligen Vor- und Nachteile zu verstehen.

1. Wählen Sie drei Widerstände aus Ihrem Sortiment. Messen Sie jeden mit einem Ohmmeter und notieren Sie die Werte.
2. Verbinden Sie die Widerstände parallel zwischen Plus- und Minuspol der 6 V-Batterie, wie gezeigt.
3. Messen Sie die Batteriespannung mit einem Voltmeter, sobald die Widerstände angeschlossen sind. Notieren Sie diesen Wert; er kann leicht von der Leerlaufspannung abweichen.
4. Messen Sie die Spannung über jedem Widerstand. In einem Parallelkreis ist die Spannung über allen Komponenten identisch.
5. Nutzen Sie das Ohmsche Gesetz, um den Strom durch jeden Widerstand zu berechnen: I = V/R. Verifizieren Sie diese Werte, indem Sie den Strom mit einem digitalen Amperemeter messen.
   • Platzieren Sie die rote Spitze auf dem Knoten der positiven Enden aller Widerstände.
   • Heben Sie einen Widerstandsdraht an und verbinden Sie die schwarze Spitze mit diesem Draht, um seinen Strom zu lesen.
6. Messen Sie den Gesamtkreisstrom, indem Sie die schwarze Amperemeter-Spitze an den Pluspol der Batterie anschließen, während die rote Spitze am selben Knoten bleibt. Der Wert sollte positiv sein.
7. Addieren Sie die drei Zweigströme algebraisch zum Gesamtstrom. Nach Kirchhoffschem Stromgesetz sollte die Summe null ergeben.
8. Trennen Sie die Batterie und messen Sie den Widerstand über dem Parallelnetzwerk mit einem Ohmmeter. Der Wert wird niedriger sein als jeder einzelne Widerstandswert und unabhängig davon, welche Widerstandsklemmen Sie verwenden, identisch sein.
9. Teilen Sie die gemessene Batteriespannung durch den Gesamtwiderstand, um den Gesamtstrom zu berechnen; er sollte dem gemessenen Gesamtstrom nahekommen.
10. Beachten Sie, dass jeder Zweigstrom ein Bruchteil des Gesamtstroms ist, proportional zum Verhältnis des Gesamtwiderstands zum individuellen Widerstand.

Computersimulation

Schaltplan mit SPICE-Knotennummern:

In SPICE werden Amperemeter durch Nullspannungsquellen dargestellt. Der folgende Netlist kann als Textdatei gespeichert und in jedem SPICE-kompatiblen Simulator ausgeführt werden:

Current divider v1 1 0 r1 3 0 2k r2 4 0 3k r3 5 0 5k vitotal 2 1 dc 0 vir1 2 3 dc 0 vir2 2 4 dc 0 vir3 2 5 dc 0 .dc v1 6 6 1 .print dc i(vitotal) i(vir1) i(vir2) i(vir3) .end

Die Simulation gibt vier Ströme aus: den Gesamtstrom (negativ) und die drei Zweigströme (positiv). Ihre algebraische Summe ist null, was Kirchhoffsches Stromgesetz bestätigt.

Zugehörige Arbeitsblätter

• Current Divider Circuits Worksheet