PhysProf - Messbrücke - Spannungsteiler - Strom - Spannung - Messen

Fachthemen: Messbrücke - Spannungsteiler

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.

     

Themen und Stichworte zu diesem Modul: Wheatstone-Brücke - Wheatstonesche Brücke - Messbrücke - Wheatstonesche Brückenschaltung - Widerstandsmessbrücke - Brückenschaltung - Widerstandsmessung - Messbrücke abgleichen - Messbrücke abgeglichen - Messbrücke berechnen - Brückenschaltung berechnen - Regelwiderstand - Potentiometer - Potentiometerschaltung - Abgleichen - Abgleichung - Abgeglichene Brückenschaltung - Abgeglichene Messbrücke - Belastete Messbrücke - Belastete Brückenschaltung - Unbelastete Brückenschaltung - Messschaltung - Messwiderstand - Abgleichbedingung - Strom - Spannung - Widerstand - Simulation - Unabgeglichene Brückenschaltung - Brückenschaltung - Unabgeglichen - Messbrücken - Berechnung - Wheatstone - Spannungsteiler - Schaltung - Spannungsteilerverhältnis - Potentiometerschaltung - Verhältnis - Teilspannung - Spannungsabfall - Widerstand - Teilwiderstand - Lastwiderstand - Unbelasteter Spannungsteiler - Belasteter Spannungsteiler - Spannungsteilerschaltung - Bedingung - Funktion - Gleichstrom - Aufgaben - Arten - Belastet - Unbelastet - Nicht abgeglichen - Nicht abgeglichene Brückenschaltung - Belastet - Unbelastet - R1 - R2 - Rx - Rges - Verändern - Veränderung - Veränderbar - Veränderlich - Veränderbarer Widerstand - Veränderlicher Widerstand - Ändern - Änderung - Berechnen - Schaltung - Schaltplan - Strommessung - Strommesser - Spannungsmessung - Spannungsmesser - Strom messen - Spannung messen - Stromstärke messen - Stromstärkemessung - Gleichstrom messen - Gleichstrommessung - Gleichspannung messen - Hauptschluss - Nebenschluss - Messgerät - Messgeräte - Messbereich - Gleichspannungsmessung - Spannungsabfall - Parallelwiderstand - Nebenwiderstand - Amperemeter - Voltmeter - Vorwiderstand - Kompensation - Kompensationsmethode - Kompensationsverfahren - Rechner - Formel - Beispiel - Was - Wie - Weshalb - Was ist - Warum - Bedeutung - Was bedeutet - Erklärung - Einfach erklärt - Beschreibung - Arbeitsblatt - Arbeitsblätter - Unterrichtsmaterial - Unterrichtsmaterialien - Lernen - Erlernen - Aufgaben - Lösungen - Versuch - Unterricht - Stromquelle - Bild - Grafik - Berechnung - Darstellen - Grafische Darstellung

    

Modul Messbrücke

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Das Programmmodul [Elektrotechnik] - [Messbrücke] ermöglicht die Simulation einer Messschaltung, welche unter der Bezeichnung Wheatstonesche Messbrücke bekannt ist.

Brücke abgleichen

Brücke abgeglichen

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Mit Hilfe dieser Brückenschaltung (Potentiometerschaltung) kann der Wert eines Widerstands mit relativ geringem Fehler ermittelt werden. Der unbestimmte Widerstand R_x 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:


R_x: Unbestimmter Widerstand [Ω]
R_2,R₃: Bekannte Widerstände [Ω]
R₁: Nomalwiderstand [Ω]
 

Wheatstonesche Messbrücke - Schaltbild 2

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 - Spannungsteilerschaltung - Potentiometerschaltung

 
Eine Spannungsteilerschaltung (Potentiometerschaltung) wird eingesetzt, um die an einem Verbraucher anliegende Spannung einstellbar zu machen.
 


Spannungsteiler werden dazu verwendet, um Spannungsverhältnisse an aktiven Bauelementen variierbar zu halten. 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) R_L wird einem dieser beiden als Verbraucher parallel geschaltet. Hierdurch entwickelt sich eine gemsichte Schaltung, deren Gesamtwiderstand R_E 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]
U_Ges: Gesamtspannung [V]
R₁: Widerstand 1 [Ω]
R₂: Widerstand 2 [Ω]
R_L: Lastwiderstand [Ω]
R_E: Ersatzwiderstand [Ω]
 

Strommessung - Spannungsmessung

 
1. Strommessung:

Um die Stromstärke in einem geschlossenen Stromkreis zu messen, wird ein Strommesser in Reihe geschaltet. Dieser muss einen möglichst vernachlässigbar geringen Innenwiderstand besitzen, um einen möglichst geringen Spannungsabfall am Messgerät zu bewirken. Eine Schaltung dieser Art wird als Hauptschluss bezeichnet.



Um Stromstärken zu messen, die über den Messbereich des zugeschalteten Geräts hinausgehen ist ein Parallelwiderstand (Nebenwiderstand) zuzuschalten, welcher einen Teil des fließenden Stroms am Messgerät vorbeileitet. Ein diesen Strom messendes Gerät trägt die Bezeichnung Amperemeter.


Dieser erforderliche Nebenwiderstand (Parallelwiderstand) kann wie folgt berechnet werden:



bzw:



R_p: Benötigter Parallelwiderstand
R_i: Innenwiderstand des Strommessgeräts
I₁: Ursprünglicher Messbereich des Strommessgeräts
I₂: Neuer notwendiger (erwünschter) Messbereich des Strommessgeräts


2. Spannungsmessung:

Um die Spannung an einem Bauteil eines Stromkreises zu messen, wird diesem ein Spannungsmesser parallel geschaltet. Spannungsmesser müssen über einen möglichst großen Innenwiderstand verfügen. Eine derartige Schaltung trägt die Bezeichnung Nebenschluss.



Um Spannungen zu messen, die über den Messbereich des zugeschalteten Geräts hinausgehen ist ein Vorwiderstand zuzuschalten, welcher einen entsprechenden Spannungabfall erzeugt. Ein diese Spannung messendes Gerät trägt die Bezeichnung Voltmeter.



Dieser erforderliche Vorwiderstand kann wie folgt berechnet werden:



bzw:



R_v: Benötigter Vorwiderstand
R_i: Innenwiderstand des Spannungsmessgeräts
U₁: Ursprünglicher Messbereich des Spannungsmessgeräts
U₂: Neuer notwendiger (erwünschter) Messbereich des Spannungsmessgeräts
 

Kompensationsmethode

 
Die Kompensationsmethode (das Kompensationsverfahren) ist eine von zahlreichen einsetzbaren Messmethoden. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Wirkung der zu bestimmenden Messgröße durch eine bewusst erzeugte Gegengröße kompensiert bzw. wirkungslos gemacht wird. Dies geschieht dadurch, dass der zu messenden Grösse eine ebenso grosse Hilfsgrösse entgegengesetzt wird und die Gleichheit der beiden Größen durch ein sehr empfindliches Messgerät ermittelt und ausgegeben wird.

Diese Methode wird u.a. benutzt, um die Spannung von Spannungsquellen mit sehr hohem Widerstand zu messen, oder die Spannung von Quellen zu ermitteln, die nicht belastet werden dürfen. Die Messgröße wird durch die Messung nach diesem Verfahren nur in sehr geringem Maße beeinflusst.
 

 
 
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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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

 

 

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