Hier geht es darum, wie sich Strom und Spannung an einem Bauteil zueinander verhalten. Nicht jedes Bauteil hält sich an das ohmsche Gesetz.

Schritt 2 von 4. Du zeichnest vier Kennlinien aus Wertetabellen und liest daraus ab, wie sich die Bauteile verhalten.

Danach: Lernangebot 8 · Diode, LED, Relais

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Eine Kennlinie zeigt auf einen Blick, was eine Tabelle erst nach langem Rechnen verrät: ob ein Bauteil linear ist oder nicht.

Am Ende hast du: Kennlinienblatt: vier Bauteile im Vergleich

Erst du, dann die anderen

Wie würdest du herausfinden, ob sich der Widerstand eines Scheinwerfers ändert, wenn er warm wird?

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Kalt und warm messen. Ohmmeter am kalten Scheinwerfer, dann Spannung und Strom im Betrieb. Einfach, aber im Betrieb misst man nicht mit dem Ohmmeter.
  • Eine Messreihe aufnehmen. Die Spannung in Stufen erhöhen und jedes Mal den Strom messen. Daraus eine Kennlinie zeichnen. Aufwendig, aber vollständig.
  • Im Datenblatt nachsehen. Manche Hersteller geben den Kaltwiderstand an. Viele nicht.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.

Vier Bauteile, vier Kennlinien

Eine Kennlinie zeigt, wie ein Bauteil auf eine Größe reagiert. Beim Widerstand, bei der Glühlampe und bei der Diode ist das der Strom über der Spannung, beim NTC der Widerstand über der Temperatur. Hier siehst du zu jedem Bauteil das Schaltzeichen und den Verlauf, noch ohne Zahlen. Die Zahlen trägst du gleich selbst ein.

Vier Bauteile, je mit Schaltzeichen und dem Verlauf ihrer Kennlinie ohne Zahlen. Linearer Widerstand: Strom über Spannung ist eine Gerade durch den Ursprung. Glühlampe: Strom über Spannung ist eine Kurve, die mit steigender Spannung flacher wird, weil der warme Glühfaden schlechter leitet. NTC, Heißleiter: Widerstand über Temperatur fällt, erst steil, dann flacher. Diode: Strom über Spannung, in Durchlassrichtung bis zur Schleusenspannung fast kein Strom, dann steiler Anstieg; in Sperrrichtung kein Strom. Eigene Darstellung für den Unterricht.Vier Bauteile, vier KennlinienSchaltzeichen und Verlauf, noch ohne ZahlenLinearer Widerstandhält sich an das ohmsche GesetzGlühlampeKaltleiter: heiß leitet sie schlechterNTC, Heißleiterheiß leitet er besserDiodeStrom nur in eine RichtungRUIEUIGerade−ϑBϑRVUIUSDurchlass-bereichSperr-bereich
Vier Bauteile mit Schaltzeichen und Kennlinienverlauf, ohne Zahlen: linearer Widerstand als Gerade, Glühlampe als Kurve, die flacher wird, NTC mit fallendem Widerstand über der Temperatur, Diode mit Knick bei der Schleusenspannung US. Die Werte zeichnest du selbst aus den Wertetabellen. Eigene Darstellung für den Unterricht.

So entsteht eine Kennlinie

Die Werte in den Tabellen unten kommen aus einer Messung wie dieser: Die Spannung wird in Stufen eingestellt, bei jeder Stufe liest man Spannung und Strom ab und trägt den Punkt ins Diagramm ein. Der Strommesser liegt in Reihe mit dem Prüfling, der Spannungsmesser parallel.

Messschaltung zum Aufnehmen einer Kennlinie: einstellbare Spannungsquelle 0 bis 24 V, dahinter in Reihe ein Strommesser A, dann der Prüfling, zum Beispiel die Glühlampe. Parallel zum Prüfling ein Spannungsmesser V. Der Stromkreis ist geschlossen. Für jede eingestellte Spannung werden U und I abgelesen und als Punkt ins Diagramm eingetragen. Eigene Darstellung für den Unterricht.So entsteht eine KennlinieSpannung in Stufen einstellen, U und I ablesen, Punkt eintragenG0 bis 24 VAPrüflingVin Reiheparallel
Messschaltung für eine Kennlinie: einstellbare Quelle 0 bis 24 V, Strommesser in Reihe, Prüfling, Spannungsmesser parallel zum Prüfling. Für jede Spannungsstufe werden U und I abgelesen und als Punkt eingetragen. Eigene Darstellung für den Unterricht.
Gegebene Werte: vier Wertetabellen · aufklappen, wenn du rechnest

Gegebene Werte: vier Wertetabellen

Linearer Widerstand
R = 8,23 Ω, fest
Glühlampe 70 W, 24 V
U in V: 0 · 2 · 4 · 6 · 9 · 12 · 15 · 18 · 21 · 24 · I in A: 0 · 0,72 · 1,08 · 1,35 · 1,68 · 1,96 · 2,22 · 2,47 · 2,70 · 2,92
Diode, Durchlassrichtung
U in V: 0 · 0,5 · 0,6 · 0,7 · 0,8 · I in A: 0 · 0,01 · 0,1 · 0,8 · 3,1
Diode, Sperrrichtung
bis −24 V: Strom kleiner als 0,001 mA, praktisch 0
NTC -B1
ϑ in °C: 20 · 40 · 60 · 80 · 100 · 120 · R in Ω: 2500 · 1200 · 600 · 320 · 180 · 105
Glühlampe kalt
Widerstand bei 20 °C: 0,80 Ω

Unterrichtswerte in realistischer Größenordnung.

Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Kennlinienblatt: vier Bauteile im Vergleich

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • der Kennlinie des linearen Widerstands 8,23 Ω
  • der Kennlinie der Glühlampe 70 W, 24 V
  • der Kennlinie der Diode in Durchlass- und Sperrrichtung
  • der Kennlinie des NTC -B1, Widerstand über der Temperatur, mit der Ablesung bei 450 Ω
  • je einem Satz, was die Kennlinie über das Bauteil sagt

Zur Dokumentation

Von Hand gezeichnet, Achsen beschriftet mit Größe und Einheit, Maßstab so gewählt, dass die Kurve die Fläche nutzt. Jeder Punkt aus der Wertetabelle erkennbar.

Abgenommen wird es in der Stammgruppe, danach von der Projektleitung abgezeichnet. Zu Meilenstein M3 nimmt es der Auftraggeber ab.

Deine Vorlage

Das Diagramm für 7.1 und 7.2 ist schon vorbereitet: Achsen, Maßstab und die ersten drei Punkte der Glühlampe. Die Vorlage gibt es auch zum Ausdrucken, bei den Vorlagen zum Handzeichnen in „So arbeitest du mit diesem Kurs“.

Vorlage für das Kennlinienblatt: Strom-Spannungs-Diagramm mit Raster, waagerecht U in V von 0 bis 24, senkrecht I in A von 0 bis 3,2. Eingetragen sind nur die ersten drei Punkte der Glühlampe aus der Wertetabelle, bei 0 V, 2 V und 4 V. Daneben der Hinweis, die übrigen Punkte einzutragen und mit einer glatten Kurve zu verbinden. Eigene Darstellung für den Unterricht.Vorlage KennlinienblattI über U, die ersten Punkte der Glühlampe sind eingetragen061218240123U in VI in AGlühlampe, 3 von 10 PunktenSo gehst du vorJeden Punkt derWertetabelle eintragen,dann mit einer glattenKurve verbinden, nichtmit dem Lineal.Den Widerstand 8,23 Ωrechnest du erst aus.
Vorlage Kennlinienblatt: Strom-Spannungs-Diagramm 0 bis 24 V und 0 bis 3,2 A mit Raster. Die ersten drei Punkte der Glühlampe sind eingetragen, die übrigen trägst du selbst ein und verbindest sie mit einer glatten Kurve. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Wie zeichnet man das?

Die Szene zeigt Schritt für Schritt, wie aus der Wertetabelle der Glühlampe ein Diagramm wird: weshalb zwei Punkte nicht reichen, wo man mehr Punkte braucht und weshalb am Ende kein Lineal im Spiel ist.

Die bewegte Fassung braucht JavaScript. Kurz: alle Punkte der Wertetabelle eintragen, dann mit einer glatten Kurve in einem Zug verbinden, nicht mit dem Lineal.

Aufgabe 7.1

Zeichne die Kennlinie des linearen Widerstands:

  • Berechne für U = 0, 6, 12, 18 und 24 V den Strom durch den Widerstand 8,23 Ω.
  • Zeichne die Kennlinie im Strom-Spannungs-Diagramm, U waagerecht, I senkrecht.
  • Beschreibe die Form der Kennlinie und begründe sie mit dem ohmschen Gesetz.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Kennlinie · linearer Widerstand

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 7.2

Zeichne die Kennlinie der Glühlampe und vergleiche:

  • Zeichne die Kennlinie der Glühlampe in dasselbe Diagramm wie den linearen Widerstand.
  • Berechne den Widerstand der Glühlampe bei 2 V und bei 24 V.
  • Erkläre, weshalb der Widerstand mit der Spannung steigt.
  • Berechne den Einschaltstrom mit dem Kaltwiderstand und vergleiche mit dem Betriebsstrom.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Kaltleiter · Glühlampe · Temperaturabhängigkeit des Widerstands

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 7.3

Zeichne die Kennlinie des Temperaturfühlers -B1 und lies ab:

  • Zeichne den Widerstand des NTC über der Temperatur.
  • Lies ab, welche Temperatur zu einem gemessenen Widerstand von 450 Ω gehört.
  • Erkläre, was „NTC“ bedeutet.
  • Beschreibe, was die Temperaturanzeige zeigt, wenn die Leitung zum Fühler unterbrochen ist, und begründe.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: NTC · Heißleiter · Temperaturfühler

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 7.4

Zeichne die Kennlinie der Diode:

  • Zeichne die Kennlinie der Diode in Durchlassrichtung, mit einem Maßstab für U von 0 bis 1 V.
  • Trage die Sperrrichtung bis −24 V ein.
  • Lies ab, ab welcher Spannung die Diode merklich Strom führt.
  • Beschreibe, was die Diode in Durchlass- und in Sperrrichtung tut.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Diode · Schleusenspannung · Durchlassrichtung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Die Lage ändert sich

Ein Kollege sagt: „Den Widerstand von -E3 messe ich einfach mit dem Ohmmeter, dann weiß ich, welcher Strom im Betrieb fließt.“ Er klemmt -E3 ab und misst 0,8 Ω.

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Prüfe mit deinem Kennlinienblatt, ob seine Folgerung stimmt.
  • Berechne, welchen Strom er aus 0,8 Ω für 24 V ausrechnen würde, und vergleiche mit dem Betriebsstrom.
  • Erkläre ihm, was er stattdessen tun muss.

Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.

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