TEILE UND MATERIAL
- Multimeter, digital oder analog
- Sortierte Batterien
- Eine Leuchtdiode (Radio Shack Katalog # 276-026 oder gleichwertig)
- Kleiner „Hobby“ Motor, Permanentmagnet (Radio Shack Katalog Nr. 273-223 oder gleichwertig)
- Zwei Überbrückungsdrähte mit Krokodilklemmen (Radio Shack Katalog Nr. 278-1156, 278-1157 oder gleichwertig)
Ein Multimeter ist ein elektrisches Instrument, das Spannung, Strom und Widerstand messen kann.
Digitale Multimeter haben numerische Anzeigen, wie Digitaluhren, um die Größe der Spannung, des Stroms oder des Widerstands anzuzeigen.
Analoge Multimeter zeigen diese Größen mit Hilfe eines beweglichen Zeigers über einer gedruckten Skala an.
Analogmultimeter sind in der Regel preiswerter als Digitalmultimeter und eignen sich besser zum Erlernen der Elektrizitätslehre.
Ich empfehle dringend, vor dem Kauf eines Digitalmultimeters ein Analogmultimeter zu kaufen, aber schließlich beide für diese Experimente im Werkzeugkasten zu haben.
Querverweise
Lessons In Electric Circuits, Band 1, Kapitel 1: „Basic Concepts of Electricity“
Lessons In Electric Circuits, Band 1, Kapitel 8: „DC Metering Circuits“
LERNZIELE
- Wie man Spannung misst
- Eigenschaften von Spannung: Vorhandensein zwischen zwei Punkten
- Auswahl des richtigen Messbereichs
LERNZIELE
ANLEITUNGEN
In allen Experimenten in diesem Buch wirst du irgendeine Art von Testausrüstung benutzen, um Aspekte der Elektrizität zu messen, die du nicht direkt sehen, fühlen, hören, schmecken oder riechen kannst.
Elektrizität – zumindest in kleinen, ungefährlichen Mengen – ist für unseren menschlichen Körper unsensibel.
Dein grundlegendes „Auge“ in der Welt der Elektrizität und Elektronik wird ein Gerät sein, das Multimeter genannt wird.
Multimeter zeigen das Vorhandensein von elektrischen Eigenschaften wie Spannung, Strom und Widerstand an und messen deren Menge.
In diesem Experiment wirst du dich mit der Messung von Spannung vertraut machen.
Spannung ist das Maß für den elektrischen „Schub“, der bereit ist, Ladungen zu motivieren, sich durch einen Leiter zu bewegen.
Wissenschaftlich ausgedrückt ist sie die spezifische Energie pro Ladungseinheit, mathematisch definiert als Joule pro Coulomb.
Sie ist analog zum Druck in einem Flüssigkeitssystem: die Kraft, die die Flüssigkeit durch ein Rohr bewegt, und wird in der Einheit Volt (V) gemessen.
Ihr Multimeter sollte mit einigen grundlegenden Anweisungen geliefert werden.
Lesen Sie sie gut! Wenn Ihr Multimeter digital ist, benötigt es eine kleine Batterie zum Betrieb.
Wenn es analog ist, braucht es keine Batterie, um die Spannung zu messen.
Einige digitale Multimeter haben einen automatischen Messbereich. Ein Messgerät mit automatischer Umschaltung hat nur wenige Wahlschalterpositionen.
Mit manueller Umschaltung haben Messgeräte mehrere verschiedene Wahlschalterpositionen für jede Grundgröße: mehrere für Spannung, mehrere für Strom und mehrere für Widerstand.
Automatische Umschaltung findet man in der Regel nur bei den teureren digitalen Messgeräten und ist für die manuelle Umschaltung wie ein Automatikgetriebe für ein Schaltgetriebe in einem Auto.
Ein Messgerät mit automatischer Umschaltung „schaltet“ automatisch, um den besten Messbereich für die Anzeige der jeweiligen Messgröße zu finden.
Stellen Sie den Wahlschalter Ihres Multimeters auf die höchste verfügbare Position „Gleichspannung“.
Automatische Multimeter haben möglicherweise nur eine einzige Position für Gleichspannung, in diesem Fall müssen Sie den Schalter auf diese eine Position stellen.
Führen Sie die rote Prüfspitze an die positive (+) Seite einer Batterie und die schwarze Prüfspitze an die negative (-) Seite derselben Batterie.
Das Messgerät sollte Ihnen nun eine Art von Anzeige liefern.
Drehen Sie die Anschlüsse der Prüfspitze an der Batterie um, wenn die Anzeige des Messgeräts negativ ist (bei einem analogen Messgerät wird ein negativer Wert dadurch angezeigt, dass der Zeiger nach links statt nach rechts ausschlägt).
Wenn Ihr Messgerät ein Handmessgerät ist und der Wahlschalter auf eine Position mit hohem Messbereich eingestellt wurde, ist die Anzeige klein.
Stellen Sie den Wahlschalter auf die nächstniedrigere Einstellung für den Gleichspannungsbereich und schließen Sie die Batterie wieder an.
Die Anzeige sollte jetzt stärker sein, was durch eine größere Auslenkung des analogen Messzeigers (Nadel) oder mehr aktive Ziffern auf dem digitalen Messgerätedisplay angezeigt wird.
Für beste Ergebnisse stellen Sie den Wahlschalter auf die niedrigste Bereichseinstellung, bei der das Messgerät nicht „übersteuert“.
Ein analoges Messgerät mit einem zu großen Messbereich wird als „verkeilt“ bezeichnet, da die Nadel ganz auf die rechte Seite der Skala gedrückt wird, über den vollen Skalenwert hinaus.
Ein digitales Messgerät mit einem zu großen Messbereich zeigt manchmal die Buchstaben „OL“ oder eine Reihe von gestrichelten Linien an. Diese Anzeige ist herstellerspezifisch.
Was passiert, wenn man nur eine Prüfspitze des Messgeräts an ein Ende einer Batterie anlegt?
Wie muss das Messgerät an die Batterie angeschlossen werden, um eine Anzeige zu liefern?
Was sagt uns das über die Verwendung von Voltmetern und die Natur der Spannung?
Gibt es so etwas wie eine Spannung „an“ einem einzelnen Punkt?
Messen Sie auf jeden Fall mehr als eine Batteriegröße und lernen Sie, wie man den besten Spannungsbereich am Multimeter auswählt, um die maximale Anzeige zu erhalten, ohne den Bereich zu überschreiten.
Schalten Sie nun Ihr Multimeter auf den niedrigsten verfügbaren Gleichspannungsbereich um und berühren Sie mit den Prüfspitzen des Messgeräts die Klemmen (Drahtleitungen) der Leuchtdiode (LED).
Eine LED ist so konzipiert, dass sie Licht erzeugt, wenn sie mit einer geringen Menge Strom betrieben wird, aber LEDs erzeugen auch Gleichspannung, wenn sie Licht ausgesetzt werden, ähnlich wie eine Solarzelle.
Richte die LED auf eine helle Lichtquelle, schließe dein Multimeter daran an und notiere die Anzeige des Messgeräts:
Batterien erzeugen elektrische Spannung durch chemische Reaktionen. Wenn eine Batterie „stirbt“, hat sie ihren ursprünglichen Vorrat an chemischem „Treibstoff“ aufgebraucht.
Die LED ist jedoch nicht auf einen internen „Treibstoff“ angewiesen, um Spannung zu erzeugen; vielmehr wandelt sie optische Energie in elektrische Energie um.
Solange Licht vorhanden ist, um die LED zu beleuchten, wird sie Spannung erzeugen.
Eine weitere Quelle für Spannung durch Energieumwandlung ist ein Generator.
Der kleine Elektromotor aus der Liste „Teile und Materialien“ funktioniert als elektrischer Generator, wenn seine Welle durch eine mechanische Kraft gedreht wird.
Schließe dein Voltmeter (dein Multimeter, eingestellt auf die Funktion „Volt“) an die Klemmen des Motors an, so wie du es an die Klemmen der LED angeschlossen hast, und drehe die Welle mit deinen Fingern.
Das Messgerät sollte die Spannung durch einen Zeigerausschlag (analog) oder eine numerische Anzeige (digital) anzeigen.
Wenn Sie Schwierigkeiten haben, beide Prüfspitzen des Messgeräts in Verbindung mit den Motorklemmen zu halten, während Sie gleichzeitig die Welle mit den Fingern drehen, können Sie Krokodilklemmen wie folgt verwenden:
Bestimmen Sie die Beziehung zwischen Spannung und Drehzahl der Generatorwelle? Drehen Sie die Drehrichtung des Generators um und beachten Sie die Änderung der Anzeige.
Wenn Sie die Wellendrehung umkehren, ändern Sie die Polarität der vom Generator erzeugten Spannung.
Das Voltmeter zeigt die Polarität durch die Richtung der Nadel (analog) oder das Vorzeichen der numerischen Anzeige (digital) an.
Wenn die rote Messleitung positiv (+) und die schwarze Messleitung negativ (-) ist, registriert das Messgerät die Spannung in der normalen Richtung.
Wenn die angelegte Spannung die umgekehrte Polarität hat (negativ an rot und positiv an schwarz), zeigt das Messgerät „rückwärts“ an.