Potentiometer als Rheostat für einfache Motordrehzahlregelung nutzen

Lernziele

• Die Rolle eines Rheostats in variablen Widerstandsanwendungen verstehen.
• Ein Potentiometer als zweipoligen Rheostat verdrahten.
• Grundlegende Motordrehzahlregelung mit Reihenschaltung demonstrieren.
• Ein Voltmeter, kein Amperemeter, zur sicheren Verifikation der Kreiscontinuity nutzen.
• Den Zweck der Verbindung des ungenutzten Anschlusses mit dem Schleifer zum Schutz vor Schleiferausfall identifizieren.

Teile und Materialien

• 6‑Volt-Batterie
• Eingängig, 5 kΩ linearer Potentiometer (z. B. Radio Shack #271‑1714)
• Kleiner Permanentmagnet-Hobbymotor (z. B. Radio Shack #273‑223 oder äquivalent)

Für dieses Experiment verwenden Sie einen niedrigwertigen Potentiometer – nicht höher als 5 kΩ –, um den Motor reaktionsschnell zu halten.

Querverweise

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, chapter 2: „Ohm’s Law“

Schaltplan

Verdrahtungsillustration für Potentiometer als Rheostat

Anweisungen zur Potentiometer-Verdrahtung

Ein Potentiometer wird meist als Spannungsteiler genutzt, kann aber auch als einfacher variabler Widerstand – ein Rheostat – dienen, indem nur zwei Anschlüsse verbunden werden.

Um ein Potentiometer in einen Rheostat umzuwandeln, verbinden Sie den Schleifer mit einem äußeren Anschluss und lassen den dritten Anschluss unbelegt. Das resultierende Zweipol-Gerät bietet einen stetig einstellbaren Widerstand zwischen den gewählten Anschlüssen.

Beispielsweise, wenn Sie den Schleifer mit dem linken äußeren Anschluss verbinden, verringert das Drehen der Welle, um den Schleifer dem rechten äußeren Anschluss näher zu bringen, den Widerstand. Das Umkehren der Verbindung kehrt einfach die Änderungsrichtung um.

Die Nutzung beider äußerer Anschlüsse zusammen erzeugt einen festen Widerstand und eliminiert die variable Funktion, vermeiden Sie diese Konfiguration also, wenn ein Rheostat gefordert ist.

Schließen Sie das Potentiometer wie im Schaltplan gezeigt an und beobachten Sie, wie sich die Motordrehzahl mit der Wellenposition ändert. Experimentieren Sie mit dem Vertauschen der angeschlossenen Anschlüsse, um zu sehen, wie sich die Drehrichtung der Geschwindigkeitsänderung umkehrt.

Mit einem hochohmigen Potentiometer dreht sich der Motor möglicherweise nicht, bis der Schleifer sehr nahe am verbundenen äußeren Anschluss ist. Dies illustriert, wie der Rheostat den Strom begrenzt und folglich die Motordrehzahl.

Obwohl diese Methode eine einfache Drehzahlregelung bietet, ist sie inhärent ineffizient: Der Rheostat dissipiert einen signifikanten Teil der zugeführten Leistung als Wärme. Fortgeschrittenere Steuerung – wie PWM über einen Transistor – erreicht effiziente Drehzahlregelung, liegt aber außerhalb des Rahmens dieses Basisexperiments.

Für zusätzliche Zuverlässigkeit verbinden viele Schaltungen den ungenutzten Anschluss mit dem Schleifer. Obwohl dies die Widerstandssteuerung nicht beeinflusst, bewahrt es einen leitenden Pfad, falls der Schleifer den Kontakt zum Widerstandsstreifen verliert – ein häufiger Ausfall bei älteren Potentiometern.

Um diesen Schutz zu testen, trennen Sie den mittleren Anschluss und verifizieren Sie, dass weiterhin Spannung über dem Motor anliegt, was Kontinuität bestätigt.

Motorspannung als sicherere Alternative zur Strommessung

Wenn Sie verifizieren wollen, dass ein Kreis vollständig ist, ist das Messen der Spannung über dem Motor dem Einfügen eines Amperemeters vorzuziehen. Ein Amperemeter erfordert eine Reihenschaltung, die versehentlich die Versorgung kurzschließen kann, wenn das Instrument defekt ist. Ein Voltmeter birgt kein solches Risiko und ist damit die sicherere Wahl für sicherheitskritische Messungen.

Zugehörige Arbeitsblätter

• Potentiometers Worksheet