Spannung messen: Reihenschaltung mit unterschiedlichen Widerständen

Bei den folgenden Messungen wird jeweils mit einer Reihenschaltung von zwei Widerständen gearbeitet.

In einer Reihenschaltung sind zwei oder auch mehr Widerstände hintereinander geschaltet. Manchmal nennt man die Reihenschaltung auch Serienschaltung. Zusammen bilden die Widerstände einen Stromkreis.
In der Reihenschaltung unterscheidet man zwischen der Spannung der Spannungsquelle und den Spannungsabfällen bzw. Teilspannungen an den Widerständen.

Uns interessiert das Verhalten der Spannungen an den Widerständen.
Um die Vorgänge von Spannung und Widerstand in einer Reihenschaltung zu verdeutlichen, arbeiten wir mit jeweils 3 Reihenschaltungen und vergleichen die Messergebnisse miteinander.

Eine Regel der Reihenschaltung von Widerständen besagt, dass sich die Gesamtspannung an den Widerständen in der Reihenschaltung aufteilt. Oder anders ausgedrückt, die Summe der Teilspannungen ist gleich der Gesamtspannung.

Mit den folgenden Messungen wollen wir feststellen, ob das stimmt.

Liste

• 4 x 1 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun)
• 1 x 10 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Rot)
• 1 x 100 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Orange)

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

• Widerstand
• Mini-Voltmeter
• Steckbrett und Zubehör zum Experimentieren

Messung an	MP1	MP2	MP3
Widerstand R1	1 kOhm	1 kOhm	1 kOhm
Widerstand R2	1 kOhm	10 kOhm	100 kOhm
Spannung an R2

Was messen wir? Wir messen jeweils die Spannung (Teilspannung, Spannungsabfall) am Widerstand R2. Wir messen also Spannungen an unterschiedlichen Widerständen. Auf diese Weise ermitteln wir, wie sie sich verhalten.

Welches Messergebnis erwarten wir? In einer Reihenschaltung sind die Teilspannungen kleiner als die Gesamtspannung und größer als 0 Volt. Genauer können wir das noch nicht sagen.

Messung an	MP1	MP2	MP3
Widerstand R1	1 kOhm	1 kOhm	1 kOhm
Widerstand R2	1 kOhm	10 kOhm	100 kOhm
Spannung an R2	4,44 V	8,08 V	8,82 V

• Messung an MP1: Die Spannung an R2 entspricht ziemlich genau der halben Gesamtspannung
• Messung an MP2: Die Spannung an R2 ist deutlich größer.
• Messung an MP3: Die Spannung an R2 entspricht fast der Gesamtspannung. Der kleinere Widerstand R1 hat kaum noch einen Einfluss auf die Spannungsverteilung.

• Messung mit Mini-Voltmeter
• Messung der Gesamtspannung (9 Volt): 8,88 V

Messung an	MP1	MP2	MP3
Widerstand R1	1 kOhm	10 kOhm	100 kOhm
Widerstand R2	1 kOhm	1 kOhm	1 kOhm
Spannung an R2

Der ursprüngliche Gedanke ist, festzustellen, ob die Spannungen an den Teilwiderständen in Summe tatsächlich der Gesamtspannung entspricht. Dazu müssen wir noch die Spannung am zweiten Widerstand der Reihenschaltungen ermitteln.

Was messen wir? Wir messen jeweils die Spannung (Teilspannung, Spannungsabfall) am Widerstand R2.

Welches Messergebnis erwarten wir? Die Teilspannungen sind kleiner als die Gesamtspannung und größer als 0 Volt.

Messung an	MP1	MP2	MP3
Widerstand R1	1 kOhm	10 kOhm	100 kOhm
Widerstand R2	1 kOhm	1 kOhm	1 kOhm
Spannung an R2	4,43 V	0,76 V	0,00 V

• Messung an MP1: Die Spannung an R2 entspricht ungefähr der halben Gesamtspannung.
• Messung an MP2: Die Spannung an R2 ist sehr klein.
• Messung an MP3: Die Spannung an R2 beträgt 0,00 Volt.

• Messung mit Mini-Voltmeter
• Messung der Gesamtspannung (9 Volt): 8,88 V

• Addiert man jeweils die Teilspannung an den Messpunkten aus Messung 1 und 2 kommt man rechnerisch ungefähr auf die Gesamtspannung.
• Warum ist bei der Messung 2 an Messpunkt 3 nur 0,00 Volt angegeben? Das verwendete Mini-Voltmeter ist an dieser Stelle nicht genau genug gewesen, um etwas darzustellen. Man könnte hier ein Messgerät verwenden, dass auch die dritte Stelle nach dem Komma anzeigen kann. Die Frage ist, ob das sinnvoll ist. Bei unter 10 Volt und einem Widerstandsverhältnis von 100 kOhm zu 1 kOhm können da keine sinnvollen Werte messbar sein. In diesem Fall ist ausrechnen näher an der Wahrheit als messen.

Messung an	MP1	MP2	MP3
Widerstand R1
Widerstand R2
Spannung an R2

• Messung mit ...
• Messung der Gesamtspannung: ...
• Wähle für Deine Messung eigene Widerstände für R1 und R2 aus.

Nehmen wir einmal an, die beiden Widerstände in einer Reihenschaltung sind gleich groß. Wie verhalten sich die Spannungen an den Widerständen. Lass es uns herausfinden.

• Reihenschaltung mit gleichen Widerständen