Kiste 12 Lampenleuchtversuch
Physik
Basiswissen
An einem kleinen Glühlämpchen wird langsam die Spannung erhöht. Was passiert mit der Stromstärke? Wie verändert sich die Helligkeit? Hier steht ein Versuch mit ausführlicher Anleitung.
Die Grundidee des Versuchs
Man stellt sich den elektrischen Strom oft mit sehr kleinen Stromteilchen vor[1]. Diese Stromteilchen nennt man Elektronen[2]. Sie sind so klein, dass man sie selbst mit einem Mikroskop nicht sehen kann[3]. In diesem Denkbild sagt die elektrische Spannung U (die "Voltzahl") wie stark die Elektronen durch einen Draht gedrückt werden. Die Stromstärke I sagt dann, wie groß der "Andrang" der Elektronen in der Leitung ist[4]. Die Elektronen kommen immer aus dem Minuspol (oft schwarzes Kabel) der Spannungsquelle heraus und bewegen sich hin zum Pluspol (rotes Kabel) der Spannungsquelle[5].
1. Schritt
Versuchsblatt anlegen: Nimm ein DIN-A4-Blatt hochkant. Lasse links einen Rand von gut 5 Zentimetern. Schreibe als Überschrift auf das Blatt "Kiste 12 Lampenleuchtversuch". Schreibe ganz unten auf das Blatt klein deinen Namen und das Datum von heute. Drehe das Blatt jetzt querkant. Skizziere das Labornetzteil als leeres Rechteck: links oben auf dem Blatt. Wenn das Bild von dem Labornetzteil zwischen 4 und 8 Zentimeter lang ist, ist es gut.
2. Schritt
Labornetzteil feiner zeichnen: In der Kiste oder am Netzteil sind zwei Kabel: ein rotes und ein schwarzes. Schließe sie an die gleichfarbigen Stecker des Netzteils an. Die Stromteilchen (Elektronen genannt) kommen gleich aus dem schwarzen Kabel heraus. Das ist der Minuspol. Über das rote Kabel gelangen sie wieder in das Labornetzteil. Das rote Kabel ist der Pluspol. Das Labornetzteil sorgt gleich dafür, dass die Stromteilchen durch die Kabel "gepumpt" werden. Skizziere diese Kabel mit einer Länge von etwa 5 cm in dem Bild so wie sie am Labornetzteil angeschlossen sind.
3. Schritt
Birnchen auswählen: Stelle zuerst das Labornetzteil aus. Das geht mit dem Kippschalter unten links. Jetzt drehe alle vier Knöpfe ganz nach links. Nimm aus der Kiste 12 (Strom) die große Holzplatte mit den Glühbirnchen heraus. Stelle sie vor dich auf den Tisch. Hole aus der kleinen Holztruhe aus Kiste 12 ein 4,5-Volt-Birnchen. Die Birnchen haben unten einen Metallfuss. Auf dem Metall kann man einige Zahlen und Buchstaben lesen. Wenn auf dem Metall 4,5 V steht, hast du eine passende Birne für diesen Versuch.
4. Schritt
Birne einschrauben: Auf dem Holbbrett sind mehrere Fassungen aufgeschraubt. Aus manchen dieser Fassungen ragen zwei Drähte heraus. Suche dir eine Fassung mit zwei Drähten aus. Schließe den Minuspol aus dem Labornetzteil an einen Draht an (egal welcher) und den Pluspol an den anderen der zwei Drähte. Schraube das Birnchen in diese Fassung hinein. Nun ist der Stromkreis fertig vorbereitet.
5. Schritt
Birnenleuchten: Nun schalte das Labornetzteil mit dem Kippschalter unten links an. Auf der Anzeige solltest du jetzt Buchstaben oder Zahlen sehen. Drehe jetzt den Knopf unten rechts ganz auf. Drehe ihn also bis zum rechten Anschlag. Damit erlaubst du dem Netzteil, so viele Stromteilchen durch die Drähte zu pumpen, wie es kann. Jetzt drehst du sehr langsam am oberen rechten Knopf nach rechts. Höre auf, wenn das Birnchen ganz schwach leuchtet.
6. Schritt
Skizze vervollständigen: Ergänze die Skizze jetzt so, dass man sieht, wie das Birnchen über die beiden Kabel mit dem Labornetzteil verbunden ist. Beschrifte das Birnchen: 4,5-Volt-Birne. Überlege dir, wie du vielleicht das ganz schwache Leuchten in die Skizze bringen kannst. Du kannst es mit Worten beschreiben, Farbe nehmen oder mit Bleistift Lichtstrahlen andeuten.
7. Schritt
Erste Messwerte: Das Birnchen leuchtet jetzt also ganz schwach. Nun betrachten wir die Stromstärke an. Sie wird auf dem Labornetzteil auf dem kleinen Bildschirm unten angezeigt. Wahrscheinlich steht dort eine Zahl wie vielleicht die 0.03. Der Punkt ist das Komma. 0.03 wäre also Null-Komma-Null-Drei. Der große Buchstabe A steht für Ampere. Das Ampere ist die Einheit der Stromstärke. Schreibe nun an die schwach leuchtende Birne in der Skizze die von dir gemessene Amperezahl. Hinter die Zahl schreibst du ein großes A. Über der Amperezahl steht eine andere Zahl mit einem V dahinter. Das ist die Spannung in Volt. Die Spannung sagt, wie stark die Stromteilchen durch die Leitung gedrückt werden. Schreibe auch die Spannung in V an die Birne. Du kannst Volt mit einem großen V abkürzen. Achtung: Unsere Birne ist eine 4,5-Volt-Birne. Bei mehr Volt geht sie sehr schnell kaputt.
8. Schritt
Weitere Messwerte: Drehe nun am oberen rechten Knopf so weit nach rechts, dass ungefähr 0,01 Ampere mehr fließen als gerade eben. Zeichne in die Nähe der ersten Birne jetzt ein zweite. Mache deutlich, dass sie ein klein Bißchen heller ist als zuvor.
Schreibe die gemessene Stromstärke an diese Birne. Gehe nun in 0,01er-Schritten mit der Stromstärke weiter nach oben. Miss für jede Amperezahl, welche Spannung dazu nötig ist. Schreibe die zueinandergehörigen Ampere- und Voltzahlen in eine kleine Tabelle neben die Birnen.
9. Schritt
Skizzencheck: Auf dem Blatt sollte jetzt eine Skizze mit folgendenden Teilen sein:
- > Labornetzteil mit Plus- und Minuskabel
- > Birnchen, daran angeschlossen, schwach leuchtend
- > Tabelle mit etwa 6 bis 9 Paaren von Ampere-Volt-Zahlen
9. Schritt
Rückblick: Die folgenden Sätze sind alle richtig. Wenn deine Messwerte zu ihnen passen, ist es sehr gut:
- Je höher die Voltzahl (Spannung), desto heller die Birne.
- Je mehr Ampere (Stromstärke), desto heller die Birne.
- Mehr Volt heißen immer auch mehr Ampere.
- Mehr Spannung heißt immer auch mehr Ampere.
Fußnoten
- [1] Die Idee, dass Strom aus fließenden Teilchen besteht nennt man in der Physik ein "Modell". Bei diesem Modell ist es nicht wichtig, ob es die Stromteilchen in Wirklichkeit gibt oder nicht. Es genügt, wenn man mit diesem Denkbild die vielen verschiedenen Phänomene aus der Wirklichkeit gedanklich besser sortieren kann. Siehe mehr unter Stromteilchen ↗
- [2] Das Elektron hat immer eine negative (-) elektrische Ladung. Es gibt auch Stromteilchen mit positiver (+) elektrischr Ladung. Aber wenn man vom Strom im Haushalt, bei Elektrogeräten und oft auch in der Physik spricht, dann meint man viele gleichzeitig in eine Richtung fließende negative Elektronen. Siehe auch Elektron ↗
- [3] Wenn man Elektronen nicht sehen kann, woher weiß man dann, dass es sie wirklich gibt? Tatsächlich kann man das nicht genau wissen. Aber die Idee von einem Elektron passt sehr gut auf sehr viele Beobachtungen und Versuche, die man in der Physik macht. Vieles deutet darauf hin, dass es sie wirklich gibt. So kann man zum Beispiel Geräte bauen, die wahrscheinlich Elektronen wie kleine Geschosse verschießen. Siehe dazu zum Beispiel die Elektronenkanone ↗
- [4] Genau genommen sagt die Stromstärke I im Teilchenmodell des Stroms, wie viele Elektronen pro Zeiteinheit an einer bestimmten Stelle durch einen bestimmten Querschnitt gehen. Siehe auch Stromstärke ↗
- [5] Spannungsquellen können zum Beispiel sein: Batterien, Akkus (wiederaufladbar) oder auch ein Labornetzteil ↗
