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Telekosmos-Praktikum

Teil 1
• Title
• Heinz Richter
• Inhaltsverzeichnis
• Wichtige Hinweise
• Auswahl von Geräten
• Einleitung
A. Wir richten unser Experimentierlabor ein
B. Elektrotechnik, in Versuchen erlebt
C. Mit Halbleiterdioden auf du und du
D. Mit dem Transistor ist alles zu machen
Schlusswort
Anhang
I. Anwelsung zum Aufbau
II. Anleitung zum Prüfen und Reparieren von Einzelteilen
• Versuchsverzeichnis
• Stichwortverzeichnis
• Accessories
• Norm-Schaltzeichen nach DIN

2. Wir lassen Ströme fliessen ...

Wir haben nun bereits sehr wichtige fundamentale elektrische Grundgesetze kennengelernt und wollen uns an Hand einiger einfacher Versuche mit den Mitteln des Experimentierkastens von der Richtigkeit der vorstehenden Darlegungen überzeugen. Wir entnehmen dem Kasten das Glühlämpchen und verbinden die Anschlüsse mit den Anschlüssen + und -4,5 V (Abb. 2). Dann schalten wir den Schalter S6 ein. Das Lämpchen wird hell brennen. Der in dem Lämpchen enthaltene duenne Draht bildet naemlich jetzt eine Verbindung zwischen den Stromquellenanschlüssen, und es kommt ein kraeftiger Elektronenfluss zustande, der so stark ist, daß sich die Elektronen an den Atomen des Fadens sehr kraeftig reiben 1). Reibung jedoch erzeugt bekanntlich Wärme; sie wird in unserem Fall so stark, daß der Faden zu glühen beginnt und dabei Licht erzeugt. Der Strom fliesst dabei so, wie es in Abb. 3 eingetragen ist, naemlich vom elektronenreichen Minuspol über das Lämpchen zum Pluspol. Und hier müssen wir uns gleich einen Widerspruch merken, der sich leider wie ein roter Faden durch alle elektrotechnischen Betrachtungen zieht und letzten Endes auf der Unvollkommenheit menschlicher Erkenntnisse beruht: Frueher, als man die tatsächlichen Zusammenhänge und auch die Elektronen noch nicht kannte, wählte man die Stromrichtung willkuerlich, und zwar ausgerechnet falsch; man rechnete naemlich den Stromfluss von plus nach minus, wie es die in Abb. 3 dick eingetragenen Pfeile angeben.

Abb. 2. Das Lämpchen zeigt den Strom an
Abb. 2. Das Lämpchen zeigt den Strom an

Abb. 3. Ein einfacher Stromkreis
Abb. 3. Ein einfacher Stromkreis

Die tatsächliche, den heutigen Erkenntnissen entsprechende Stromrichtung (duenner schwarzer Pfeil) ist also gerade umgekehrt. Trotzdem hat man die falsche Erkenntnis bis heute mitgeschleppt, so daß bei elektrotechnischen und auch teilweise elektronischen Schaltbildern die Stromrichtung fast immer von plus nach minus angegeben wird. Das ist bedauerlich, aber nicht zu ändern. Auch wir halten uns stets an diese alte Festsetzung ("Konventionelle Stromrichtung"), um keine Verwirrung zu schaffen. Wir machen nun gleich einen weiteren einfachen Versuch (Abb. 4), der uns bereits das Wirken des Ohmschen Gesetzes zeigen soll. Die Anschlüsse + sowie - 6,0 V werden mit einem Widerstand von 4,7 kΩ über das Ultron-Instrument oder das Galvanometer und den Schalter so verbunden, wie es Abb. 5 zeigt. Schliessen wir nun den Schalter (Pfeil), so fliesst Strom aus der Batterie über den Widerstand und das Galvanometer. Wir erkennen das aus einer Bewegung der Nadel des Galvanometers; worauf diese Bewegung beruht, werden wir später noch hören.

Abb. 4. Wir weisen den Strom nach
Abb. 4. Wir weisen den Strom nach

Abb. 5. Aufbauzeichnung zu Abb. 4
Abb. 5. Aufbauzeichnung zu Abb. 4

Vorerst merken wir uns lediglich, daß die Nadelbewegung, der sogenannte Galvanometerausschlag, ein Mass für die Größe des in dem gebildeten "Stromkreis" fliessenden Stromes ist. Vor dem Versuch drehen wir das Galvanometer so, dass sich die Nadel genau parallel zu den Wicklungen einstellt. Diese Lage ändert sich beim Schliessen des Schalters sofort. Wir merken uns die Größe des Ausschlages, müssen also warten, bis die Nadel endgueltig zur Ruhe gekommen ist. Dann oeffnen wir den Stromkreis durch Ausschalten des Schalters. Die Nadel pendelt wieder in ihre alte Lage zurück. Nach dem Ohmschen Gesetz floss vorher ein Strom von 6 : 4700 = 0,00128 A = 1,28 mA oder rund 1,3 mA.

Nun ersetzen wir den Widerstand von 4,7 kΩ durch den von 1 kΩ und wiederholen den Versuch. Die Nadel schlaegt jetzt weiter aus als frueher (I = 6,0 : 1000 = 0,006 A = 6 mA). Wir folgern: ein kleinerer Widerstand bedeutet nach dem Ohmschen Gesetz einen größeren Strom. Der Versuch zeigt zugleich eine wichtige meßtechnische Regel: Ströme werden gemeßen, indem man den Strommesser (auch Amperemeter bzw. Milliamperemeter genannt) in den Stromkreis schaltet, so daß der Strom durch das Instrument fliesst.

Jetzt wollen wir sehen, welchen Einfluss die Größe der Spannung hat. Zu diesem Zweck verwenden wir die Anschlüsse + und -9V (Schalter S9), die zu den Enden der "Monozellen-Kette" gehören, wobei jeweils der Pluspol der vorhergehenden mit dem Minuspol der folgenden Zelle (von je 1,5 V) verbunden ist. Die Zellen sind "hintereinander geschaltet". In diesem Fall addieren sich die Spannungen, so daß jetzt im Stromkreis insgesamt eine Spannung von rund 9 V auftritt. Wir wiederholen nun den Versuch und stellen fest, daß sich der Strom im Galvanometer gegenüber den beiden frueheren Versuchen vergroßert hat, und zwar sowohl bei 4,7 kΩ als auch bei 1 kΩ. Wir sehen: der Strom waechst mit der angelegten Spannung, was bekanntlich die zweite Aussage des Ohmschen Gesetzes darstellt.

1) Exakter müsste man sagen, daß die Elektronen dem lonengitter des Metalls Schwingungsenergie zuführen, die dart in Wärme verwandelt wird.

2 Richter, Praktikum 1