Spannung messen: Indirekte Strommessung an einem Widerstand

Spannung messen: Indirekte Strommessung an einem Widerstand

Einen Strom zu messen bedeutet in der Regel, dass der Stromkreis aufgetrennt werden muss, um das Messgerät in Reihe zu den anderen Bauteilen einzufügen. Das will man nicht immer. Und manchmal geht das auch nicht. Beispielsweise bei einer fertigen Platine, die man beschädigen würde, wenn man hier eine Leiterbahn auftrennt. Und hinterher muss man das irgendwie wieder flicken. Das ist einfach nicht praktikabel.

Deshalb führen wir hier die Messung einer Spannung an einem bekannten Widerstand durch und berechnen anschließenden den durchfließenden Strom. Dieses Vorgehen entspricht einer indirekten Strommessung. Auf diese Weise muss eine Schaltung nicht kaputt gemacht werden.

Bei den folgenden Messungen wird jeweils mit einer Reihenschaltung von 2 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, wenn sie mit einer Spannungsquelle verbunden werden.

Eine Regel in einer Reihenschaltung von Widerständen besagt, dass durch alle Widerstände der gleiche Strom fließt.
Mit den folgenden Messungen wollen wir feststellen, ob das stimmt.

Bauteile

Liste

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

Messung

Messung an MP1 MP2 MP3
Widerstand R1 1 kOhm 10 kOhm 100 kOhm
Widerstand R2 1 kOhm 1 kOhm 1 kOhm
Spannung an R2 (gemessen)      
Strom durch R1+R2 (berechnet)      

Was messen wir? Wir wollen hier indirekt den Strom messen. Das heißt, wir messen zuerst die Spannung an einem bekannten Widerstand. In diesem Fall ist das die Spannung am Widerstand R2. Anschließend teilen wir die gemessene Spannung durch den Wert von Widerstand R2. Das Ergebnis ist der Strom durch den Widerstand. Der selbe Strom fließt auch durch den Widerstand R1.

Welches Messergebnis erwarten wir? Die Teilspannungen an den beiden Widerständen verteilen sich im Verhältnis der Widerstandswerte. Am größeren Widerstand fällt demnach die größere Spannung ab. Am kleineren Widerstand fällt demnach eine kleinere Spannung ab.

Lösung zur Messung

Messung an MP1 MP2 MP3
Widerstand R1 1 kOhm 10 kOhm 100 kOhm
Widerstand R2 1 kOhm 1 kOhm 1 kOhm
Spannung an R2 (gemessen) 4,40 V 0,72 V 0,00 V
Strom durch R1+R2 (berechnet) 4,42 mA 0,804 mA 0,088 mA
indirekter Strom 4,40 mA 0,72 mA 0,00 mA
  • Messung mit Mini-Voltmeter
  • Messung der Gesamtspannung (9 Volt): 8,84 V

Beobachtungen, Erkenntnisse und Erklärungen

  • Der berechnete Strom ergibt sich aus der Gesamtspannung (gemessen) und der Summe aus Widerstand R1 und R2.
  • Wie zu erwarten sind die Spannungen an den Widerständen (MP1, MP2 und MP3) unterschiedlich, obwohl die Widerstände (R2) gleich sind. Das liegt an der unterschiedlichen Spannungsverteilung an den Widerständen R1 und R2.
  • Die Berechnung der Ströme durch R1+R2 ergeben vergleichbare Werte. Vermutlich ist das berechnete Ergebnis genauer als die Messung, weil das Messgerät Einfluss auf den Stromkreis hat.
  • Beim „indirekten Strom“ wurde die Spannung über den Widerstand mit 1 kOhm gemessen und in der Einheit Milliampere (mA) interpretiert.

Zur Bewertung der Messergebnisse des indirekt gemessenen Stroms und dem berechneten Strom sei noch folgendes gesagt: Im Bereich der Hobby-Elektronik muss ein Strom schon mindestens 1 mA bzw. 0,001 A betragen, dass man von einem signifikanten Stromfluss sprechen kann. Darunter, siehe MP2 und MP3, lohnt es sich nicht zu versuchen einen exakteren Wert zu messen. Dafür braucht man schon sehr hochwertige und damit teure Messgeräte. Das funktioniert also mit üblichen Digitalmultimetern nicht wirklich.

Tipp für die indirekte Strommessung: Am einfachsten ist die indirekte Strommessung an einem Widerstand mit 1 kOhm. Hier muss man nur den angezeigten Wert der Spannung in Volt als Strom mit der Einheit in Milliampere (mA) interpretieren. Natürlich kann man auch an Widerständen mit krummen Werten kann den Strom indirekt messen. Aber dann passieren auch leichter Umrechnungsfehler.

Experimente

Messung an MP1               MP2               MP3              
Widerstand R1      
Widerstand R2      
Spannung an R2 (gemessen)      
Strom durch R1+R2 (berechnet)      
indirekter Strom      
  • Messung mit ...
  • Messung der Gesamtspannung (9 Volt): ...

Wähle für den Widerstand R1 eigene Widerstände und „messe den Strom“ an Widerstand R2.

Was messen wir? Wir wollen hier indirekt den Strom messen. Das heißt, wir messen zuerst die Spannung an einem bekannten Widerstand. In diesem Fall ist das die Spannung am Widerstand R2. Anschließend teilen wir die gemessene Spannung durch den Wert von Widerstand R2. Das Ergebnis ist der Strom durch den Widerstand. Der selbe Strom fließt auch durch den Widerstand R1.

Welches Messergebnis erwarten wir? Die Teilspannungen an den beiden Widerständen verteilen sich im Verhältnis der Widerstandswerte. Am größeren Widerstand fällt demnach die größere Spannung ab. Am kleineren Widerstand fällt demnach eine kleinere Spannung ab.

Darf es etwas mehr sein?

Es gibt nicht nur Reihenschaltungen von Widerständen. Nein, man kann sie auch parallel schalten. Lass uns herausfinden, was mit den Spannungen in einem Stromkreis passiert, wenn ein Widerstand zu einem anderen parallel geschaltet wird.

Weitere Schaltungen:

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