Experiment: Thermoelektrizität (Elektrizität aus Wärme) 79.1 E3 Du brauchst: Konstantandraht, zwei Eisendrähte (alle Drähte etwa 20 cm lang), Messkabel, Krokoklemmen, Teelicht, Multimeter, Becher mit Eis und Wasser, Zange Verdrille die blanken Enden des Konstantandrahts mit einem blanken Ende je eines Eisendrahts. Verbinde mit Krokoklemmen die Messkabel mit den freien Enden der Eisendrähte. Erhitze mit der Flamme des Teelichts eines der verdrillten Drahtenden und kühle das andere mit Eiswasser. (Vorsicht mit der offenen Flamme, der Draht wird heiß!) Halte mit der Zange den Draht in verschiedene Bereiche (Farbe!) der Flamme. Protokolliere die angezeigte Spannung und interpretiere das Ergebnis. Experiment: Bandgenerator (Elektrizität aus mechanischer Arbeit) 79.2 Du brauchst: Bandgenerator und ein Büschel Lametta als Spannungsanzeiger, geerdete Metallkugel E3 a) Setze das Lamettabüschel auf den Bandgenerator und schalte diesen ein. Beobachte die allmähliche Aufspreizung des Lamettabüschels (79.1). Beobachte den Funkenüberschlag von der Kugel des Generators zur geerdeten Kugel, die du langsam in die Nähe bringst. Notiere deine Beobachtungen und interpretiere sie. E4 b) Schätze die elektrische Spannung mittels der Tatsache ab, dass die Funken in Luft pro 20 000 V ungefähr 1 cm lang sind. Selbstverständlich kann eine derart hohe Spannung NICHT mit einem Multimeter gemessen werden, es würde dabei zerstört. Die Experimente zeigen, dass elektrische Ladungen verschieden getrennt werden können. Dabei wird immer Energie aufgewandt. In der Solarzelle werden Ladungsträger durch die Energie des auffallenden Lichts voneinander getrennt, so dass an einem Anschluss ein Elektronenüberschuss gegenüber dem anderen Anschluss entsteht. Die aufgewandte Energie steckt nun als potenzielle Energie in dem System, das die getrennten Ladungen bilden. Die Situation ist ähnlich wie in mechanischen Systemen, die uns besser vertraut sind: Beim Heben eines Steines wird Energie aufgewandt, die als potenzielle Energie (relativ zur Ausgangsposition) im System Erde-Stein gespeichert wird und beispielsweise in Bewegungsenergie verwandelt werden kann. An den Anschlüssen der Solarzelle steht nun elektrische Energie zur Verfügung. Im Experiment mit dem Bandgenerator wird mechanische Energie zum Trennen von Ladungen genutzt. Bei der Thermoelektrizität ist es Wärmeenergie. 79.1 Versuch mit dem Bandgenerator: Die positiv geladenen Lametta-Streifen stoßen einander ab. 79.2 Bei Van-de-Graaff-Bandgeneratoren werden mit einer Spannungsquelle positive Ionen erzeugt und mit dem Gummiband in das Kugelinnere transportiert. Elektronen der Metallkugel neutralisieren die Ionen. Die anfangs ungeladene Kugel wird dadurch positiv geladen. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Die Bürste überträgt die Ladung auf das Gummiband Externe positive Spannungsquelle Der Motor bewegt das Gummiband nichtleitendes Gummiband Die Bürste greift die Ladung ab und ... ... gibt sie an die Metallkugel ab. Mittels Multimetern lassen sich nach Bedarf mit demselben Gerät verschiedene elektrische Größen messen. Die wichtigsten Messgrößen sind Spannung und Stromstärke, oft kann mit demselben Gerät auch der Widerstand von elektrischen Bauteilen gemessen werden. Man unterscheidet Analogmessgeräte (Anzeige der Messwerte mittels Zeiger und Skala; 79.3 links) und Digitalmessgeräte (Anzeige mittels Ziffern; 79.3 rechts). Für Gleich- und Wechselspannungen, bzw. für Gleich- und Wechselströme, gibt es getrennte Einstellungen. In der Regel sind sie mit englischen Abkürzungen bezeichnet: DC (direct current) für Gleichstrom, AC (alternating current) für Wechselstrom kombiniert mit dem Buchstaben A (Ampere, Stromstärkenmessung) oder V (Volt, Spannungsmessung). Man muss außerdem einen passenden Messbereich wählen, also z. B. festlegen, ob die höchste zu messende Spannung im Millivoltbereich (mV) oder etwa bei 100 V zu erwarten ist. Mit Kabeln (Messleitungen) wird das Messgerät angeschlossen. Ein Anschluss am Messgerät ist meist mit COM bezeichnet, hier muss immer eine Messleitung angeschlossen werden. Mindestens eine weitere Anschlussbuchse dient der Spannungs- bzw. Strommessung. Erste Tipps zur Bedienung von Messgeräten (Multimetern) 79.3 Messinstrumente für Spannungen und Stromstärken 79 E-Lehre 1 Ladung und Spannung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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