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electronic 159 – Versuch 2 Elektrischen
Strom magnetisch ein- und ausschalten Ist dir schon mal eine Stecknadel, eine
Büroklammer oder eine kleine Schraube im Wohnzimmer auf den dicken,
hochflorigen Teppich mit den langen Teppichschlaufen gefallen, sodass man sie
nicht mehr finden konnte? Hast du als Kind einmal mit einer
Holzeisenbahn gespielt, wo die Anhänger mittels kleiner Magnetkupplungen
aneinander gekuppelt wurden? Wenn man dabei einen der Anhänger falsch herum
auf das Holzgleis gesetzt hat, dann ließ sich der Anhänger wider Erwarten
nicht ankoppeln, weil sich die kleinen Magnete der Magnetkupplung abgestoßen
haben! Magnete
haben nämlich jeweils einen Nord- und einen Südpol. Dabei zeigt sich, dass
sich zwei Magnete anziehen, d.h. eine anziehende, magnetische Kraft
aufeinander ausüben! Aber nur wenn man den Nordpol
eines Magneten in die Nähe des Südpols eines anderen
Magneten hält. Umgekehrt stoßen sich zwei Magnete ab,
wenn man den Nordpol eines Magneten in die
Nähe des Nordpols eines anderen
Magneten hält! Gleiches gilt, wenn man die beiden Südpole zweier Magnete aneinander hält! Dabei stellt sich nun die Frage, wo der kleine
„Rundmagnet“ in der Größe einer Fünf-Cent-Münze seinen Nord- und Südpol hat,
und ob unsere Büroklammer nur vom Nordpol oder aber auch vom Südpol angezogen
wird. Da unser „Rundmagnet“ aber in der Mitte kein
Loch, d.h. keine Bohrung hat, handelt es sich bei diesem in Wirklichkeit um
einen Scheibenmagneten
von dem es ausgerechnet auch noch zwei Typen gibt: Scheibenmagnet mit a) axialer
Magnetisierung,
b) diametraler
Magnetisierung,
(Zum Vergrößern bitte
auf das Bild klicken!) Wie aber kann man herausfinden, um welchen Typ
von Scheibenmagneten es sich bei unserem „Rundmagneten“ handelt? Ganz einfach, indem wir den Scheibenmagneten waagrecht
direkt ein, zwei Millimeter über den sogenannten Reedschalter halten,
sodass sich unsere Glühlampe [18] einschaltet und leuchtet! Wenn wir nun den Scheibenmagneten langsam horizontal um bis zu 180 Grad drehen und sich unsere Glühlampe
[18] dabei plötzlich ausschaltet, indem sie nicht mehr leuchtet, dann haben
wir es mit einer diametralen Magnetisierung zu tun! Da dem aber nicht
so ist, haben wir es mit einem Scheibenmagneten
mit axialer Magnetisierung
zu tun! Wie übrigens bei den meisten Scheibenmagneten. Da unsere Büroklammer im Normalzustand nicht
magnetisch ist, also keinen magnetischen Nord- oder Südpol besitzt,
wird diese sowohl vom Nord- als auch vom Südpol unseres Scheibenmagneten mit axialer Magnetisierung
angezogen. Wenn wir aber einige Büroklammern längere Zeit
an unserem Scheibenmagneten haften lassen, dann werden diese im Laufe der
Zeit magnetisch! Unsere magnetische Büroklammer oder besser noch unsere magnetische
Steck- oder Nähnadel ließe sich dann wie ein kleiner Kompass einsetzen und sich
vom Südpol hin zum Nordpol am Magnetfeld der Erde ausrichten! Du kannst das übrigens selbst ausprobieren! Nimm
eine kleine, flache Schale mit Wasser, lege ein 3 x 3 cm großes Stück Glanzpapier, das sich nicht mit
Wasser voll saugt, vorsichtig auf die Wasseroberfläche, sodass es schwimmt.
Dabei sollte man wissen, dass das Wasser in der flachen Schale eine sogenannte
Oberflächenspannung
hat, die das kleine Stück Glanzpapier mühelos trägt, sodass wir nun die
magnetische bzw. magnetisierte Steck-/Nähnadel vorsichtig auf das Glanzpapier
legen können, ohne dass es untergeht und wie ein Stein nach unten
sinkt! Nach einer Weile dreht sich die magnetisierte Steck-/Nähnadel um die
eigene Achse und richtet sich nach dem (magnetischen) Nordpol aus. Übrigens: der
magnetische Nordpol ist nicht mit dem geografischen Nordpol identisch! Wo übrigens findet man in der Wohnung oder im
Haushalt gelegentlich Magnete? Beispielsweise in der magnetischen Türdichtung
des Kühlschranks oder im magnetischen Türschloss als „Magnetschnäpper“
einer Schranktür. Nun ist es an der Zeit, dass wir uns dem
Magnetschalter [13] zuwenden, den man in der Fachsprache „Reedschalter“ nennt! >> Reedschalter (oder Reedkontakte,
historisch auch Herkon[1][2][3][4])
sind im Glasrohr (hermetisch) eingeschmolzene Kontaktzungen aus einer Eisen-Nickellegierung,
die durch ein Magnetfeld betätigt werden. Die Bezeichnung „Reed“ (englisch für Röhrchen,
Schilfhalm, norddeutsch Reet) bezieht sich auf das dünnwandige Glasröhrchen, in
welchem die Kontaktdrähte eingeschmolzen sind. „Herkon“ steht für
"hermetisch abgeschlossener Kontakt". Reedschalter sind in
Reedsensoren oder Reed-Relais enthalten. Die ferromagnetischen
Schaltungen bewegen sich bei einem von außen einwirkenden magnetischen Feld
zueinander. Diese Technik erlaubt es, zuverlässige, hermetisch dichte
Schaltelemente mit geringer Größe für – verglichen mit konventionellen Relais und Kontakten –
schnelle Schaltvorgänge herzustellen. Die Hauptkomponenten eines Reedkontaktes sind
die Kontaktdrähte (Paddel) aus einer Nickel-Eisen-Legierung (Ni ca.
48 %) mit der äußeren Lötoberfläche (ca. 2–6 µm Zinn oder Gold) und
inneren Kontaktflächen aus Edelmetall. Ein Glasröhrchen fixiert und schützt
sie und enthält die Schutzgasfüllung (Stickstoff/Wasserstoff) oder ein Vakuum
bei Hochspannungs-Schaltern. << (Quelle: Wikipedia) Reedschalter lassen sich sehr gut in
explosionsgeschützten Räumen wie z.B. U-Booten oder in Chemieanlagen
einsetzen, da sich die Kontaktverbindung der beiden Kontaktzungen im
Inneren des Glasröhrchens abspielt, sodass eventuelle Funken nicht
nach außen dringen und explosive Gase zünden können, was unweigerlich eine
Explosion zur Folge hätte! Hier bei Wikipedia kann man sich
die Funktionsweise mit einem Reedschalter in einer Animation anschauen:
(Klicke auf das Bild,
um die Animation zu starten!) Wichtig beim Magnetismus, d.h. bei
unserem (Scheiben-) Magneten und seinem Magnetfeld ist, dass wir diesen mit unseren Augen
nicht sehen, mit den Fingern nicht fühlen und mit den Ohren nicht
hören können! Auch schmecken lassen sich das Magnetfeld und die
Magnetfeldlinien nicht! Obwohl wir das Magnetfeld nicht mit unseren Augen sehen können, so können
wir aber trotzdem seine Wirkung, d.h. seine magnetisch Kraft auf andere
magnetische, magnetisierbare Körper aus Eisen, Stahl (= eine besondere Form
von veredeltem Eisen) oder (Eisen-/Stahl-) Blech usw. fühlen, wenn wir z.B.
den Magneten in die Nähe eines metallischen
Körpers wie z.B. die Ummantelung (= Stahlmantel) unserer 1,5 Volt Batterie
vom Typ „Mignon AA“ halten!
Magnetfelder und deren magnetische
Kräfte
lassen also immer nur dann wahrnehmen, wenn die Magnetfeldlinien „geschnitten“ werden, d.h. wenn ein anderer metallischer Körper in das Magnetfeld des Magneten eintritt bzw.
eindringt und dabei die Feldlinien des
Magneten durch seinen metallischen
Körper durchleitet. Dabei
muss sich einer der Körper auf
den anderen zu bewegen! Demzufolge muss sich entweder der Magnet auf den
metallischen Körper zu bewegen oder der metallische Körper auf den Magneten.
Im Versuch 04 werden wir später noch mehr über den Magnetismus erfahren! - Nachdem wir jetzt
wissen, wie der kleine Scheibenmagnet und der Magnetschalter [13] in Form des
Reedschalters, funktionieren, wird es wieder Zeit, dass wir uns der Praxis,
d.h. dem Versuch
2
zuwenden:
(Zum Vergrößern bitte
auf das Bild klicken!) Wie wir bereits wissen, gibt es bei den
Menschen nicht nur Rechtshänder, sondern auch Linkshänder. Dabei
verhält es sich so, dass Linkshänder mit der linken Hand streng genommen von
links nach rechts schreiben müssten, damit die frische Tinte vom Tintenfüller
oder Filzschreiber nicht durch die schreibende Hand verwischt und unleserlich
wird. Trotzdem lernen auch die Linkshänder in der
Schule von links nach rechts zu schreiben und zu lesen, sodass sie bei der
frischen Tinte aufpassen müssen, diese nicht mit der schreibenden, linken
Hand zu verwischen. Würden die Linkshänder hingegen von rechts
nach links schreiben, dann gäbe es das Problem mit dem Verschmieren der Tinte
nicht. Allerdings müssten die Linkshänder nicht nur von rechts nach links
schreiben, sondern dabei auch rückwärts, was natürlich besonders schwierig
wäre! Sei es wie es ist, wenn wir uns den
obenstehenden Versuch 2 anschauen, bei dem sich die Batteriehalterung [19]
mit den beiden 1,5 Volt Batterien vom Typ „Mignon AA“ auf der rechten Seite
der Schaltung befindet, dann könnte man meinen, dass die Schaltung von einem
Linkshänder aufgebaut wurde. Da wir es aber in der westlichen Welt, d.h.
Europa, den USA und nicht nur dort, überwiegend mit Rechtshändern zu
tun haben und deshalb von links nach rechts schreiben und
lesen, verändern wir die obenstehende Schaltung dahingehend, dass sich die Batteriehalterung [19] mit den beiden 1,5
Volt Batterien auf der linken Seite der Schaltung befindet:
Außerdem positionieren wir unseren
magnetischen Ein- und Ausschalter, d.h. den Magnetschalter [13] (= Reedschalter) in den oberen Zweig der
Schaltung, da dieser die Stromzufuhr
auf dem „Hinweg“ vom „+“-Pol der Batteriehalterung
[19]
zur Glühlampe [18] unterbricht,
d.h. ein- oder ausschaltet und nicht auf dem „Rückweg“ zum „-“-Pol
Batteriehalterung [19]. Schließlich geht es aus Sicherheitsgründen prinzipiell darum, dass die Schaltung beim Ausschalten
nicht mit der Stromzuführung („+“-Pol der Batteriehalterung [19])
verbunden bleibt! Wenn wir nun unseren kleinen Scheibenmagneten über den Magnetschalter [13] (= Reedschalter)
halten, dann werden die beiden metallischen Schaltzungen magnetisiert, sodass
sich diese mechanisch und elektrisch verbinden und dadurch die Stromzufuhr auf dem „Hinweg“ vom
„+“-Pol der Batteriehalterung
[19]
zur Glühlampe [18] herstellen mit
der Folge, dass diese hell leuchtet! Wenn wir so wie eben beschrieben verfahren und
die Stromzufuhr durch Einschalten
des Magnetschalters [13] (= Reedschalter)
herstellen, tut sich wider Erwarten nichts, bleibt die Glühlampe [18] dunkel! Wenn aber die Glühlampe [18] dunkel bleibt, d.h. nicht leuchtet, dann
scheint etwas nicht zu stimmen! Entweder mit der Glühlampe [18], dem Magnetschalter
[13] (= Reedschalter)
oder der Stromversorgung mittels der Batteriehalterung [19]! Demzufolge kann die Glühlampe [18] z.B. bei einem anderen Versuch Schaden genommen
haben und die Glühwendel durchgebrannt sein, sodass durch die Glühlampe kein
Strom mehr „fließen“ bzw. durch die Glühlampe geleitet werden kann. Wenn wir aber die Glühlampe [18] in Verdacht haben, dass sie durchgebrannt ist und
demzufolge keinen Strom mehr durchleitet, dann müssen wir sie durch
eine andere ersetzen. Da wir aber im Elektronikbaukasten leider keine
Ersatz-Glühlampe haben, müssen wir uns etwas anderes überlegen, wie man die Glühlampe [18] durch etwas anderes,
d.h. durch ein anderes Bauteil ersetzen kann. Wenn wir uns im Elektronikbaukasten umschauen,
dann gibt es außer der Glühlampe [18]
noch folgende Bauteile im Sinne eines elektrischen „Verbrauchers“, d.h. einer
elektrischen Last: · eine rote Leuchtdiode
(LED) [17], · einen Lautsprecher
[20] und · einen (Elektro-) Motor
[24]. Die rote Leuchtdiode (LED) [17] ist zwar ein
elektrischer Verbraucher bzw. eine elektrische Last, aber wegen ihrer
Beschaffenheit als elektronisches Bauelement im Moment noch zu kompliziert,
um damit arbeiten zu können. Der rote Lautsprecher [20] eignet sich weniger
als elektrischer Verbraucher, da er nur ein kurzes Knackgeräusch beim Ein-
und Ausschalten des Magnetschalter
[13]
(= Reedschalter) von sich gibt. Außerdem würde der Lautsprecher [20] wegen seines geringen (Innen-) Widerstandes
von nur RLautsprecher
= 7,7 Ω viel zu viel Strom „verbrauchen“,
sodass die Stromentnahme die beiden 1,5 Volt Batterien in der Batteriehalterung [19] schon nach kurzer
Zeit entladen würde: R = U /
I → RLautsprecher
= UBatterien / ILautsprecher UBatterien = UBatt, ges = UBatt_1 + UBatt_2
= 2 * UBatt_1 → wegen UBatt_1 = UBatt_2 = 2 * 1,5 V = 3,0 V I = U /
R → ILautsprecher = UBatterien
/ RLautsprecher = 3,0 V / 7,7 Ω = 3,0 Im Falle des Lautsprechers [20] wird aber kein Strom der Stromstärke ILautsprecher = 0,4 A
„verbraucht“, sondern mittels des Schallwandlers - nichts anderes ist nämlich unser
Lautsprecher [20] - in Schallenergie in Form des Knackens
umgewandelt! Bei der kostenlosen Enzyklopädie (= umfangreiches,
ständig aktualisiertes und erweitertes Lexikon) „Wikipedia“ konnten wir uns näher über
die 1,5 Volt Batterie vom Typ „Mignon AA“
informieren und feststellen, dass es sich bei diesem Batterietyp um eine
Alkali-Mangan-Batterie handelt für die es zwei charakteristische
(Hersteller-) Angaben gibt, als da sind: Kapazität:
2,0 Ah Energie:
3,0 Wh Dabei handelt es sich bei der Kapazitätsangabe Q = 2,0 Ah genau
genommen um die Angabe, welche Ladungsmenge Q = I * t → Q [Ah] = I [A] *
t [h] → Q [mAh] = I [mA] * t
[h] noch in der Batterie gespeichert ist. Wenn wir dann der Batterie in einem bestimmten
Zeitfenster bzw. Zeitraum tEntladung = 2 h eine bestimmte
Ladungsmenge Q entnehmen, z.B. um z.B. die Glühlampe [18] zwei Stunden lang
leuchten zu lassen, dann berechnet sich entnommene Ladungsmenge Q wie folgt (siehe
auch Abschnitt „Das allgemein gültige Ohmsche
Gesetzes in der Praxis“ im Versuch 01): Q = I * t
→ QEntladung = IEntladung * tDauer = 162 mA * 2 h = 324 mAh Im Vergleich zu einer fabrikneuen 1,5 V
Batterie mit der Ladungsmenge QBatterie = 2,0 Ah = 2 000 mAh
beträgt nun die verbleibende, restliche Ladungsmenge QRest nur noch QRest = QBatterie – QEntladung
= 2,0 Ah
– 324 mAh = 2 000 mAh – 324 mAh = 1 676 mAh → Ladungsmengenentnahme = -16,2 % Im Herbst werden die Tage „immer kürzer“, d.h.
wird es Anfang September schon ab 20:30 Uhr dunkel, sodass wir zu Hause zum
Lesen im Bett schon die Beleuchtung unserer Glühlampe [18] einschalten müssen! Für ein bestimmtes Zeitfenster bzw. Zeitraum
von [ 20:30 … 22:30 Uhr ] lässt sich die die verbleibende, restliche Ladungsmenge QRest auch
wie folgt, d.h. mit zwei Uhrzeitangaben, berechnen: Q = I * t
→ QEntladung = IEntladung * tDauer → ∆QEntladung = IEntladung * ∆tDauer = IEntladung * ( tEnde
– tAnfang ) → mit tEnde > tAnfang = IEntladung * ( tEnde
– tAnfang ) = 162 mA
* ( 22:30 Uhr – 20:30 Uhr ) = IEntladung * ( tEnde
– tAnfang ) = 162 mA
* ( 22,5 h – 20,5 h ) → Umrechnung der Zeitspanne in dezimal! = IEntladung * ( tEnde
– tAnfang ) = 162 mA
* ( 2,0 h ) = 324 mAh Berechnung der noch verbleibenden,
restlichen Ladungsmenge QRest:
QRest = ∆QRest = QAnfang – QEnde mit QAnfang > QEnde = QBatterie – QEntladung
=
2,0 Ah – 324 mAh = 2 000 mAh – 324 mAh = 1 676 mAh → Ladungsmengenentnahme = -16,2 % Da wir unsere Glühlampe [18] verdächtigen,
defekt zu sein, verwenden wir stattdessen unseren Schallwandler, d.h. den
Lautsprecher [20] mit dem kleinen (Innen-) Widerstand RLautsprecher
= 7,7 Ω und dem „dicken“
Strom der Stromstärke ILautsprecher = 0,4 A und berechnen dazu die
„Lebensdauer“, d.h. die maximal
mögliche Entladezeit bis die beiden 1,5
Volt Batterien vollständig entladen ist und über keine
Ladungsträger bzw. gespeicherte Ladungsmenge
Q mehr
verfügt: Q = I *
t =
2,0 Ah W = P *
t =
3,0 Wh = 3,0 W * 1 h = 0,3 W * 10 h → Die Entladezeit
der beiden in Serie geschalteten 1,5 Volt
Batterien vom Typ „Mignon
AA“ bezüglich des angeschlossenen Lautsprechers [20] mit der Spannung ULautsprecher =
3,0 V und dem Strom ILautsprecher = 0,4 A berechnet sich dann wie
folgt: tEntlade = W / P = W / ( U * I ) = W / U
* I =
2 * 3,0 Wh / 3 V * 0,4 A = 6,0
Neben dem Strom“verbrauch“ unseres Lautsprechers [20] mit ILautsprecher = 0,4 A = 400 mA ist aber auch noch
die aufgenommene elektrische
Leistung
des Lautsprechers PLautsprecher
entscheidend: P = U *
I = I2 * R = 1/R * U2
→ PLautsprecher = UBatterie, ges * ILautsprecher
= ILautsprecher2 * RLautsprecher = 1/RLautsprecher
* ULautsprecher2 = 1/RLautsprecher * UBatterie,
ges2 = 1 / 7,7 Ω * ( 3 V )2
= 1 / 7,7 V/A * 9 V2 = 0,12987 A/ = 1,1688 VA ≈ 1,2 W Die vom kleinen Lautsprechers [20] aufgenommene elektrische Leistung PLautsprecher = 1,2 W ist schon ganz
beachtlich, aber trotzdem lassen sich nach dem Einschalten der Stromversorgung mit den beiden 1,5 Volt Batterien
mittels des Magnetschalters
[13]
(= Reedschalter ) wider Erwarten keine
Knackgeräusche hören:
Irgendwie scheint alles wie verhext sein: die Glühlampe [18] leuchtet nicht und der Lautsprecher [20] gibt auch keinen
Ton von sich! Jetzt können wir nur noch schauen und
überlegen, ob sich der im Elektronikbaukasten vorhandene Motor [24] dreht, wenn wir diesen anstelle des Lautsprechers [20] in die Schaltung
einsetzen und die Stromversorgung
mit den beiden 1,5 Volt Batterien mittels des Magnetschalters [13] (= Reedschalter ) einschalten:
Aber wie befürchtet, dreht sich der Motor [24] nach dem Einschalten der Stromzufuhr mittels Reedschalter wider Erwarten auch nicht! Bei dem älteren Microsoft Betriebssystem „Windows 95“ für
Personal Computer gab es mal eine besondere Fehlermeldung und zwar: „Es ist keine
Tastatur angeschlossen! Drücken Sie bitte die Funktionstaste F1!“ Wie aber kann der Anwender auf seiner
Computertastatur die Funktionstaste F1 drücken, wenn keine Tastatur
angeschlossen ist?! Okay, der Anwender kann zwar die
Funktionstaste F1 auf seiner Computertastatur drücken, wenn diese aber nicht
richtig an den Personal Computr (PC) angesteckt wurde, dann gibt es keinen
entsprechenden elektrischen Impuls, der sich an den Computer und das
Betriebssystem weiterleiten ließe. Würde man die Microsoft-Fehlermeldung
sinngemäß auf das Auto anwenden, so würde diese wie folgt lauten: „Es ist
kein Benzin im Tank, kaufen Sie sich bitte ein neues Auto!“ Da wir jetzt aber schon beim Motor des Autos
angekommen sind, stellt sich die Frage, was denn der „Motor“ in der Schaltung
unseres Versuchs 02 ist? Richtig, die Stromversorgung durch beiden in Serie geschalteten 1,5 Volt
Batterien in der Batteriehalterung
[19].
Aber bevor wir jetzt wild drauf los
spekulieren, ob und was mit der Stromversorgung nicht stimmen
könnte, sollten wir uns vielleicht einmal die Elektroniksimulation der
Schaltung vom Versuch 2 anschauen:
(Bild vergrößern: auf
Bild klicken! Webverzeichnis schaltung_02-01.ewb) Analyse
der Schaltung „schaltung_02-01.ewb“: Bei der obenstehenden Schaltung fällt sofort
auf, dass die Versorgungsspannung
UVersorung nach dem spezifischen Widerstand mit UVersorgung = 70 mV = 0,070 V viel
zu niedrig ist! Die viel zu niedrige Versorgungsspannung UVersorung wird auch nicht
größer oder durch die Belastung durch die Glühlampe [18] maßgeblich kleiner, wenn man diese mittels des Magnetschalters (= Reedschalter) einschaltet:
(Bild vergrößern: auf
Bild klicken! Webverzeichnis schaltung_02-01.ewb) Die sehr kleine Versorgungsspannung UVersorung von jetzt nur noch UVersorung ≈ 69 mV =
0,069 V
bedeutet praktisch, dass so gut wie kein Strom durch die Glühlampe [18] fließt. Dabei entspricht der kleine Differenzstrom IGlühlampe
= 2,888 mA ≈ 2,9 mA = 0,0029 A
gegenüber dem vorherigen Laststrom von IGlühlampe, Last = 104,4 mA
nur noch 2,78 % des ursprünglichen Wertes! Wenn wir die obenstehende Schaltung „schaltung_02-01.ewb“ mit der englischen Version
von Electronics Workbench und den internationalen, d.h.
englischen Schaltsymbolen, aufrufen, dann wird wegen der anderen
Schaltsymbolen für eine Batterie als Spannungsquelle sehr schnell deutlich,
weshalb unsere Glühlampe
[18]
wider Erwarten nicht leuchtet! Nämlich weil die beiden 1,5 Volt
Batterien entgegen gesetzt gepolt sind und demzufolge quasi gegeneinander
arbeiten, sodass sich beide Batteriespannungen nicht wie gewohnt
addieren, sondern subtrahieren:
(Bild vergrößern: auf
Bild klicken! Webverzeichnis schaltung_02-03.ewb)
Anschaulich lässt sich ein Maschenumlauf wie folgt in einer Masche darstellen:
(Bild vergrößern: auf
Bild klicken! Webverzeichnis schaltung_02-03.ewb) Hier noch einmal der Maschenumlauf im Uhrzeigersinn zu obenstehender
Schaltung: (a) USpezifi. Widerstand + UGlühlampe
+ UBatt_2 + ( - UBatt_1 ) = 0 → (b) USpezifi. Widerstand + UGlühlampe
+ UBatt_2 = UBatt_1 (c) USpezifi. Widerstand + UGlühlampe
= UBatt_1 - UBatt_2 → Summe aller … Verbraucherspannungen = Summe aller Spannungsquellen Umlaufsinn im Uhrzeigersinn = gegen Uhrzeigersinn (d) USpezifi. Widerstand + UGlühlampe
= UBatt_1 + ( - UBatt_2 ) → Auflösen der Gleichung (d) nach UGlühlampe
liefert: UGlühlampe = UBatt_1 + ( -
UBatt_2 ) - USpezifi. Widerstand = UBatt_1 - UBatt_2 - USpezifi. Widerstand = 1,3 V - 1,23 V - 0,837,6 µV ≈ 1,3 V - 1,23 V + 1 µV
= 1,3 V - 1,23 V - 0,001 mV = 1,3 V - 1,23 V - 0,000 001 V ≈ 1,3 V - 1,23 V = 0,07 V = 70 mV → Zum
Vergleich: UGlühlampe =
69,16 mV bei Electronics
Workbench
im Webverzeichnis mit der „schaltung_02-03.ewb“.
Jetzt wissen wir, dass elektrische Spannungen gerichtet
sind, d.h. eine Richtung, nämlich vom Pluspol („+“) zum Minuspol („-“)
haben. Um dies deutlich zu machen, verwendet man
sogenannte Spannungspfeile „→“,
die von „+“ nach „-“ verlaufen und parallel zu einer Spannungsquelle
wie z.B. eine Batterie angetragen werden:
Hier in diesem Versuch 2 ist also das
passiert, was eigentlich nicht passieren sollte, nämlich, dass man beim
Einlegen der beiden 1,5 Volt Batterien vom Typ „Mignon AA“, die ja
innerhalb der Batteriehalterung [19] in Reihe geschaltet sind, eine
der beiden Batterien, und zwar die zweite im rechten Batteriefach,
falsch herum, also mit umgekehrter Polung, eingesetzt hat (siehe linkes Bild):
Wenn man also eine der beiden 1,5 Volt
Batterien falsch herum in die Batteriehalterung
[19] einsetzt (siehe linkes Bild oben), dann arbeiten beide
Batterien bezüglich ihrer Batteriespannungen UBatt_1 und UBatt_2
gegeneinander, sodass sich wegen der falschen Polung der zweiten
Batterie im rechten Batteriefach beide Batteriespannungen wegen
der Reihenschaltung gegenseitig kompensieren:
Uges = UBatt_1 + UBatt_2 = 1,3 V + ( - 1,23 V ) = 0,07 V = 70 mV
(siehe oben!) Abschließend beheben wir den Fehler, setzen
die zweite 1,5 Volt Batterie mit der richtigen Polung in das rechte
Batteriefach, sodass die Welt wieder in Ordnung ist, der Versuch 2 mit der Glühlampe [18] ordnungsgemäß
funktioniert und die Glühlampe
wieder hell leuchtet (siehe rechtes Bild oben):
(Bild vergrößern: auf
Bild klicken! Webverzeichnis schaltung_02-04.ewb) |
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