Druck­sen­sor / Leh­rer­in­for­ma­ti­on

Vor­aus­set­zun­gen:      

• Elek­tri­scher Wi­der­stand
• Grund­kennt­nis­se Druck, Kraft und Flä­che;
• Ar­bei­ten mit Dia­gram­men

Lern­zie­le:

• Die Schü­ler sol­len sich zu­nächst qua­li­ta­tiv mit einem Druck­sen­sor ver­traut ma­chen.
• Die Schü­ler sol­len er­fah­ren, wie mit Hilfe des Sen­sors das sub­jek­ti­ve Druck­ge­fühl durch quan­ti­ta­ti­ve Mess­wer­te er­fasst wer­den kann.
  Die Schü­ler sol­len un­ter­su­chen, wie die Aus­gangs­grö­ße des Sen­sors (der elek­tri­sche Wi­der­stand) mit der Ein­gangs­grö­ße (dem Druck auf den Sen­sor) zu­sam­men­hängt.
• Die Schü­ler sol­len ihre Kennt­nis­se im Um­gang mit Dia­gram­men ver­tie­fen und an­wen­den.
• Der Zu­sam­men­hang von Druck, Kraft und Flä­che soll wie­der­holt und ver­tieft wer­den.
• Die Schü­ler sol­len Ex­pe­ri­men­te auch zur Über­prü­fung von Hy­po­the­sen ein­set­zen.

Durch­füh­rung: Der Ver­such wird im Ide­al­fall in Zwei­er­grup­pen durch­ge­führt. Jede Grup­pe er­hält die not­wen­di­gen Klein­tei­le. Die Grup­pen be­ar­bei­ten mög­lichst selbst­stän­dig das Ar­beits­blatt, der Leh­rer hilft bei Fra­gen oder Pro­ble­men.
Der Zeit­be­darf ist un­ge­fähr 45 Mi­nu­ten.

Ge­rä­te: Der Druck­sen­sor wurde bei der Firma Con­rad Elec­tro­nic, 92241 Hirschau be­zo­gen: Druck­sen­sor FSR 400, Best.​Nr.: 503368, Preis: ca. 8 €.
Der An­schluss er­folgt über Kro­ko­dil­klem­men.

Er­geb­nis­se:

a)

Be­mer­kung: Die Werte sind nicht exakt re­pro­du­zier­bar; der Sen­sor ver­formt sich bei län­ge­rer Be­las­tung und zeigt ein Kriech­ver­hal­ten.

Mit zu­neh­men­der Be­las­tung nimmt der Wi­der­stand ab. Es ist kein li­nea­rer Zu­sam­men­hang: die Wi­der­stands­ab­nah­me ist zu­nächst groß und wird bei hö­he­rer Be­las­tung ge­rin­ger.
Das Pro­dukt zu­sam­men­ge­hö­ri­ger Werte ist nicht kon­stant, die Zu­ord­nung ist also nicht an­ti­pro­por­tio­nal.

b) Der Durch­mes­ser des Sen­sors be­trägt 7 mm. Seine Flä­che ist prak­tisch eine Kreis­flä­che. Wenn der Fin­ger genau auf die­ser Flä­che drückt, gilt ( M ist die Masse, die von der Waage an­ge­zeigt wird):

Bei 500 g ist p ≈ 1,28 bar, bei 1 kg ist p = 2,55 bar.

c) Bei einem Druck von 5 bar zeigt die Waage knapp 2 kg an. Die Kraft ist dann etwa 2 kg ∙ 9,81 N/kg = 19,6 N , der Wi­der­stand des Sen­sors be­trägt 2,4 kΩ.

d) Heiko drückt auf eine grö­ße­re Flä­che mit der­sel­ben Kraft wie Anke. Der Druck auf den Sen­sor muss des­halb klei­ner sein. Im Ex­pe­ri­ment ist der Wi­der­stand des Sen­sors bei Heiko grö­ßer.

e) Drückt man den Sen­sor zwi­schen Dau­men und Zei­ge­fin­ger, las­sen sich Wi­der­stands­wer­te er­rei­chen, die unter 2,4 kΩ lie­gen. Das heißt, man kann Dau­men und Zei­ge­fin­ger einer Hand mit mehr als 20 N zu­sam­men­drü­cken.

Leh­rer­in­for­ma­ti­on: Her­un­ter­la­den [pdf] [126 KB]