Tech­ni­sche An­wen­dun­gen von Heiß­lei­tern / Schü­ler­ver­such

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Ge­rä­te : Netz­ge­rät mit Span­nungs- und Strom­an­zei­ge, 2 Glüh­lämp­chen 2,2 V/0.4 A, Viel­fach­mess­in­stru­ment, Heiß­lei­ter, 7 Kabel, 6 Kro­ko­dil­klem­men, 2 Lam­pen­fas­sun­gen

Heiß­lei­ter sind spe­zi­el­le Sen­so­ren, deren Wi­der­stand von der Tem­pe­ra­tur ab­hängt. Ihr Schalt­sym­bol sieht so aus:
Nach einem ers­ten Ver­such, der sich mit der Tem­pe­ra­tur­ab­hän­gig­keit be­schäf­tigt, wer­den zwei tech­ni­sche An­wen­dun­gen be­trach­tet.

1. Ver­such

a) Be­stim­me mit dem Wi­der­stands­mess­ge­rät den Wi­der­stand eines Heiß­lei­ters,

•  wenn er auf dem Tisch liegt
•  wenn du ihn zwi­schen die Fin­ger nimmst

b) Be­stim­me den Wi­der­stand des Heiß­lei­ters, wenn er von einem Strom der Stär­ke 0,3 A durch­flos­sen wird. Strom­stär­ke und Span­nung wer­den am Netz­ge­rät ab­ge­le­sen, das Wi­der­stand­mess­ge­rät brauchst du hier nicht.
Ach­tung: Die Span­nung lang­sam er­hö­hen bis 0,3 A er­reicht sind, der Heiß­lei­ter re­agiert träge. Den Heiß­lei­ter nur vor­sich­tig be­rüh­ren, er wird heiß!
Der Wi­der­stand R wird aus den Wer­ten von U und I be­rech­net.

c) Be­stim­me wie in b) den Wi­der­stand des strom­füh­ren­den Lämp­chens bei 0,3 A.

d) Fasse deine Be­ob­ach­tun­gen zu­sam­men.

2. Ver­such

Bei Com­pu­ter­netz­tei­len kann im Mo­ment des Ein­schal­tens ein sehr hoher Strom flie­ßen. Hier kom­men Heiß­lei­ter zum Ein­satz, die den Ein­schalt­strom be­gren­zen und ein Aus­lö­sen der Si­che­rung ver­hin­dern. Wir si­mu­lie­ren die Si­tua­ti­on mit einem Glüh­lämp­chen als Ver­brau­cher und dem Heiß­lei­ter.

a) Lampe und Heiß­lei­ter sind in Reihe ge­schal­tet. (Der Schal­ter in der Ab­bil­dung dient der Ver­an­schau­li­chung, du musst ihn nicht extra ein­bau­en.)
Stel­le die Span­nung auf genau 4 V und schlie­ße den Strom­kreis.
Be­ob­ach­te die Hel­lig­keit der Lampe und die Strom­stär­ke am Netz­teil. Eine Mi­nu­te Ge­duld! Fühle die Tem­pe­ra­tur des Heiß­lei­ters.

b) No­tie­re deine Be­ob­ach­tun­gen und er­klä­re sie.

c) Lampe und Heiß­lei­ter sind par­al­lel ge­schal­tet.
Die Span­nung be­trägt jetzt nur 2 V!
Gibt es Un­ter­schie­de zum Ver­such in a)?
Wel­che der Schal­tun­gen ist zur Be­gren­zung von Ein­schalt­strö­men bes­ser ge­eig­net?

3. Ver­such

In Lich­ter­ket­ten sind die Glüh­lämp­chen in Reihe ge­schal­tet. Wenn ein Lämp­chen de­fekt ist, er­löscht die ganze Kette. Im Han­del gibt es nun Lich­ter­ket­ten, die trotz eines de­fek­ten Lämp­chens wei­ter­leuch­ten. Hier kom­men Heiß­lei­ter zur An­wen­dung.

Wir bauen mit zwei Glüh­lämp­chen und einem Heiß­lei­ter das Mo­dell einer Lich­ter­ket­te auf. Es soll ge­zeigt wer­den, warum bei einem de­fek­ten Lämp­chen das an­de­re, ob­wohl es in Reihe ge­schal­tet ist, wei­ter leuch­tet.

1) Baue die ab­ge­bil­de­te Schal­tung auf.

Er­hö­he die Span­nung am Netz­ge­rät, bis sie 4 V be­trägt. Jetzt soll­ten beide Lämp­chen leuch­ten.

In den fol­gen­den Fäl­len musst du die Span­nung am Heiß­lei­ter (Volt­me­ter) und seine Tem­pe­ra­tur (vor­sich­tig an­fas­sen) sowie die Hel­lig­kei­ten der Lam­pen und die Ge­samt­strom­stär­ke (am Netz­ge­rät) be­ob­ach­ten! No­tie­re je­weils deine Be­ob­ach­tun­gen.

1. Lämp­chen 2 wird her­aus­ge­dreht.
2. Lämp­chen 1 wird her­aus­ge­dreht (Lämp­chen 2 ist wie­der ein­ge­schraubt). Eine Mi­nu­te Ge­duld!
3. Lämp­chen 1 wird wie­der ein­ge­schraubt. Eine Mi­nu­te Ge­duld!

2) Er­klä­re für die drei Fälle deine Be­ob­ach­tun­gen qua­li­ta­tiv, also ohne Rech­nung.
Wenn du b) er­klä­ren kannst, hast du das Prin­zip der "wei­ter­leuch­ten­den" Lich­ter­ket­te ver­stan­den. Bei der Er­klä­rung von c) kannst du deine Kennt­nis­se auf die Probe stel­len.
Falls dir eine Er­klä­rung schwer fällt, kannst du die unten ste­hen­den In­for­ma­tio­nen nut­zen.

3) In­for­mie­re dich über Auf­bau, Wir­kungs­wei­se und An­wen­dun­gen von Heiß­lei­tern.

Info zum 3. Ver­such, Auf­ga­be 2:

• Der Wi­der­stand des kal­ten Heiß­lei­ters ist deut­lich grö­ßer als der des hei­ßen.
• Der Wi­der­stand des Lämp­chens ist ver­gleich­bar mit dem des hei­ßen Heiß­lei­ters.
• Je grö­ßer die Span­nung am Heiß­lei­ter (bzw. der Strom in ihm) ist, desto stär­ker heizt er sich auf.
• An par­al­lel ge­schal­te­ten Bau­ele­men­ten liegt die­sel­be Span­nung. Das Bau­ele­ment mit dem klei­ne­ren Wi­der­stand wird vom grö­ße­ren Strom durch­flos­sen.
• In Reihe ge­schal­te­te Bau­ele­men­te wer­den vom sel­ben Strom durch­flos­sen. Am Bau­ele­ment mit dem klei­ne­ren Wi­der­stand liegt die klei­ne­re Span­nung.

 

 

Schü­ler­ver­such: Her­un­ter­la­den [pdf] [172 KB]