PhysProf - Messbrücke - Abgleichen - Berechnen - Spannungsteiler
Fachthema: Messbrücke
PhysProf - Elektrotechnik - Eine Applikation zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte mittels Simulationen und 2D-Animationen für die Realschule, das Berufskolleg, das Gymnasium sowie das Studium.
Zur Benutzung dessen in Begleitung zum Lehrmaterial der Physik wird ein bereits erlangtes Grundwissen zum entsprechenden Themengebiet vorausgesetzt.
Online-Hilfe für das Modul
zur Ausführung von Untersuchungen mit Messschaltungen, die als Wheatstonesche Messbrücken bekannt sind.
Dieses Unterprogramm ermöglicht die Durchführung der Steuerung entsprechender Abläufe zur Echtzeit. Es bietet die Möglichkeit, die Einflüsse relevanter Größen interaktiv zu untersuchen und eignet sich zudem als Begleitung zu Versuchen im Physikunterricht.
Auch unterstützt es dabei ein tiefergehendes Verständnis zu diesem Themengebiet zu erlangen und kann zum Lösen vieler diesbezüglich relevanter Aufgaben eingesetzt werden.
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Messbrücke - Spannungsteiler
Modul Messbrücke
Das Programmmodul [Elektrotechnik] - [Messbrücke] ermöglicht die Simulation einer Messschaltung, welche unter der Bezeichnung Wheatstonesche Messbrücke bekannt ist.
Brücke abgleichen
Brücke abgeglichen
Mit Hilfe dieser Brückenschaltung kann der Wert eines Widerstands mit relativ geringem Fehler ermittelt werden. Der unbestimmte Widerstand Rx wird mit dem bekannten Normalwiderstand R1, welcher dekadisch einstellbar und geeicht ist, sowie mit den beiden bekannten Widerständen R2 und R3 verglichen. Wird der Stromkreis geschlossen, so entsteht eine durch den Widerstand R1 einstellbare Stromverteilung in den einzelnen Stromzweigen. Durch das Verstellen des Werts des Regelwiderstands R1 kann der Strom I0 im Brückenzweig auf null reduziert werden. Für die abgeglichene Brücke gilt dann:
Rx: Unbestimmter Widerstand [Ω]
R2,R3: Bekannte Widerstände [Ω]
R1: Nomalwiderstand [Ω]
Programmbedienung
Derartige Untersuchungen können Sie in diesem Unterprogramm durchführen. Beachten Sie aber, dass die dargestellte Messbrücke etwas verändert wurde.
Brücke abgleichen:
Wird der Kontrollschalter Brücke abgleichen aktiviert, so werden ein einzelner Regelwiderstand (Potentiometer) R1 und zwei Festwiderstände R2 und R3 verwendet. Der unbekannte Widerstand wird schraffiert dargestellt. Durch die Auswahl vorgegebener Werte für die Widerstände R2 und R3 aus den zur Verfügung stehenden Auswahlboxen Messwiderstand R2 und Messwiderstand R3 können die Werte für die Festwiderstände festgelegt werden. Somit stehen viele variante Möglichkeiten zur Verfügung den Abgleich durchzuführen. Zudem kann der Wert des unbekannten Widerstands variabel geändert werden. Es gilt jedoch zu beachten, dass diese Tatsache nicht praxisnah ist, da normalerweise stets ein Abgleich für nur einen Widerstand durchgeführt wird. Dieses Prinzip wurde lediglich deshalb umgesetzt, um möglichst viele Versuche dieser Art ermöglichen zu können. Wird die Größe des Regelwiderstands R1 am dafür zur Verfügung stehenden Rollbalken verändert, so ändert sich der Brückenstrom. Wird hierfür der Wert 0 mA erreicht, so ist die Brücke abgeglichen und der Messwert entspricht der wahren Größe des Widerstands.
Brücke abgeglichen:
Aktivieren Sie den Kontrollschalter Brücke abgeglichen. Hierauf wird der Zustand simuliert, dass die Brücke sich im abgeglichenen Zustand befindet, d.h. im Brückenzweig wird die Stromstärke I0 = 0.
Durch die Positionierung des Rollbalkens für Regelwiderstand R1 und durch die Auswahl entsprechender Werte aus den Auswahlboxen Messwiderstand R2 sowie Messwiderstand R3 können Sie untersuchen, welche Verhältnismäßigkeit zwischen Regelwiderstand und unbekanntem Widerstand bestehen muss, um die Messbrücke abzugleichen. Die Einstellung der vorherrschenden Spannung hat hierauf keinen Einfluss.
Spannungsteiler
Spannungsteiler werden dazu verwendet, um Spannungsverhältnisse an aktiven Bauelementen einstellbar zu machen. Ein Spannungsteiler ist eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen, durch welche eine elektrische Spannung in zwei Teilspannungen aufgeteilt wird. Fällt an einem derartigen Widerstand eine Spannung U an, so wird eine dieser an ihm abgegriffen.
U1: Spannungsabfall am abgegriffenen Teilwiderstand R1 [V]
U: Spannung am Gesamtwiderstand [V]
R1: abgegriffener Teilwiderstand [Ω]
R: Gesamtwiderstand [Ω]
Es wird unterschieden zwischen dem unbelasteten Spannungsteiler und dem belasteten Spannungsteiler.
Unbelasteter Spannungsteiler:
Ein unbelasteter Spannungsteiler entspricht der Reihenschaltung zweier Widerstände R1 und R2. Der Stromfluss sowie die an den beiden Widerständen anliegende Spannung kann gemäß den bei der Reihenschaltung geltenden Gesetzmäßigkeiten berechnet werden.
Belasteter Spannungsteiler:
Ein belasteter Spannungsteiler besitzt drei Widerstände. Zwei Widerstände R1 und R2 sind in Reihe geschaltet. Ein zusätzlicher Widerstand (Lastwiderstand) RL wird einem dieser beiden als Verbraucher parallel geschaltet. Hierdurch entwickelt sich eine gemsichte Schaltung, deren Gesamtwiderstand RE sich verringert. Die Berechnung des Ersatzwiderstands einer derartigen Schaltung kann wie folgt durchgeführt werden:
Für die beiden Teilspannungen U1 und U2 gilt:
U1: Teilspannung 1 [V]
U2: Teilspannung 2 [V]
UGes: Gesamtspannung [V]
R1: Widerstand 1 [Ω]
R2: Widerstand 2 [Ω]
RL: Lastwiderstand [Ω]
RE: Ersatzwiderstand [Ω]
Mit Hilfe dieses Programms lassen sich unter anderem Grafiken für Arbeitsblätter zur nichtkommerziellen Nutzung für Unterrichtszwecke erstellen. Beachten Sie hierbei jedoch, dass jede Art gewerblicher Nutzung dieser Grafiken und Texte untersagt ist und dass Sie zur Verfielfältigung hiermit erstellter Arbeitsblätter und Unterrichtsmaterialien eine schriftliche Genehmigung des Autors (unseres Unternehmens) benötigen.
Diese kann von einem registrierten Kunden, der im Besitz einer gültigen Softwarelizenz für das entsprechende Programm ist, bei Bedarf unter der ausdrücklichen Schilderung des beabsichtigten Verfielfältigungszwecks sowie der Angabe der Anzahl zu verfielfältigender Exemplare für das entsprechende Arbeitsblatt unter der auf der Impressum-Seite dieses Angebots angegebenen Email-Adresse eingeholt werden. Es gelten unsere AGB.
Dieses Programm eignet sich neben seinem Einsatz als Berechnungs- bzw. Animationsprogramm zudem zum Lernen, zur Aneignung entsprechenden Fachwissens, zum Verstehen sowie zum Lösen verschiedener Aufgaben zum behandelten Fachthema. Durch seine einfache interaktive Handhabbarkeit bietet es die auch Möglichkeit der Durchführung unterschiedlicher Untersuchungen hierzu.
Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Mechanik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Elektrotechnik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Optik - Kurzinfos zum Themengebiet Thermodynamik sowie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zu sonstigen Themengebieten.
Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Messbrücke zu finden.
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Schräger Wurf - Schiefer Wurf, Waagerechter Wurf - Horizontaler Wurf, Hookesches Gesetz, Mechanische Arbeit, Zweites Newtonsches Gesetz, Drittes Newtonsches Gesetz, Gedämpfte mechanische Schwingung, Bewegungen auf einer Kreisbahn, Hebelgesetz, Chaotisches Doppelpendel, Mathematisches Pendel, Freier Fall und Luftwiderstand, Harmonische Schwingungen, Molekularbewegungen, Brownsche Bewegungen, Potentielle und kinetische Energie, Ideale Strömung - Volumenstrom, Druck in Flüssigkeiten, Wellen - Simulationen, Zusammengesetzte Bewegung, Bewegungen in der Ebene, Carnotscher Kreisprozess, Adiabatische Zustandsänderung, Isotherme Zustandsänderung, Isobare Zustandsänderung, Isochore Zustandsänderung, Beugung am Spalt, Hohlspiegel, Sammellinse, Zerstreuungslinse, Wechselstromkreise, RLC-Kreis - RLC-Schaltung, RL-Kreis - RL-Schaltung, RC-Kreis - RC-Schaltung, Resonanz - Resonanzkurve, Widerstände im Wechselstromkreis, Schwingungen und deren Überlagerung, Plattenkondensator, Ladung und Entladung von Kondensatoren, Reihenschaltung und Parallelschaltung, Lissajou-Figuren, 1. Keplersches Gesetz, 2. Keplersches Gesetz, 3. Keplersches Gesetz
Lissajousche Figuren - Reihen- und Parallelschaltung - Widerstände im Wechselstromkreis - Widerstandsgesetz - Kondensator Ladung - Entladung - Kondensator - Kapazitäten - Plattenkondensator - Transformator - Schwingungsüberlagerung - RC-Kreis - RL-Kreis - RLC-Kreis - Resonanz - Wechselstromkreis
Unterprogramm Messbrücke
PhysProf 1.1 - Unterprogramm RLC-Kreis
MathProf 5.0 - Unterprogramm Kurven in Parameterform
SimPlot 1.0 - Grafik- und Animationsprogramm für unterschiedlichste Anwendungszwecke
Physik interaktiv
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Es eignet sich insbesondere dafür, um interaktive grafische Untersuchungen sowie numerische Berechnungen zu entsprechenden Fachthemen durchführen zu lassen. Mehr als 300 verschiedene Unterprogramme decken die mathematischen Themenbereiche Analysis, Geometrie, Trigonometrie, Algebra, Stochastik, 3D-Mathematik und Vektoralgebra großflächig ab.
Durch die Nutzbarkeit vieler implementierter grafischer Features bestehen vielseitige gestaltungstechnische Möglichkeiten, ausgegebene Grafiken in entsprechenden Unterprogrammen auf individuelle Anforderungen anzupassen. Durch die freie Veränderbarkeit von Parametern und Koordinatenwerten bei der Ausgabe grafischer Darstellungen, besteht in vielen Modulen zudem die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Gebilden und Zusammenhängen manuell oder durch die Verwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.
Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 1600 Seiten.
Eine Übersicht aller in MathProf 5.0 zur Verfügung stehender Programmteile finden Sie im MathProf - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.
- Kurzinfos zum Themengebiet Analysis
- Kurzinfos zum Themengebiet Geometrie
- Kurzinfos zum Themengebiet Algebra
- Kurzinfos zum Themengebiet 3D-Mathematik
- Kurzinfos zum Themengebiet Stochastik
- Kurzinfos zum Themengebiet Vektoralgebra
- Kurzinfos zum Themengebiet Trigonometrie
- Kurzinfos zu sonstigen Themengebieten
Visualisierung und Simulation interaktiv
SimPlot 1.0 ist eine Anwendung, welche es unter anderem durch interaktiv erstellbare Präsentationen ermöglicht, sich Sachverhalte aus vielen technischen, wissenschaftlichen und anderen Bereichen grafisch darstellen und diese multifunktional sowohl statisch, wie auch in Form bewegter Grafiken ausgeben zu lassen. Das Programm erlaubt die Erstellung von Gebilden mit zweidimensionalen grafischen Objekten, welche als geometrische Figuren und Bilder zur Verfügung stehen.
Es bietet zudem die Möglichkeit, Zusammenhänge im Bereich der Planimetrie auf einfache Weise interaktiv zu analysieren. Unter anderem wird es ermöglicht, mit erzeugten Gebilden geometrische Transformationen durchzuführen und diesen automatisch ablaufende Bewegungs- und Verformungsprozesse zuzuweisen.
SimPlot kann sowohl zur Erstellung von Infografiken, zur dynamischen Datenvisualisierung, zur Auswertung technisch-wissenschaftlicher Zusammenhänge sowie zur Erzeugung bewegter Bilder für verschiedenste Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Neben der Bereitstellung vieler mathematischer Hilfsmittel und zusätzlicher Unterprogramme erlaubt es auch die Einblendung von Hilfslinien zur Echtzeit, welche dienlich sind, um sich relevante Sachverhalte und Zusammenhänge unmittelbar begreiflich zu machen.
Dieses Programm verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 900 Seiten.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
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