Aufbruch in die Moderne: Warum brennen Glühlampen gerade beim Einschalten durch?

Von Rolf Peiffer

(Fragt ein Schüler der Unterstufe einen „großen Schüler,“ was PHYSIK eigentlich sei. Ja – was ist PHYSIK eigentlich? Im DUDEN Fremdwörterbuch heißt es: „Der Mathematik und Chemie nahe stehende Naturwissenschaft, die vor allem durch experimentelle Erforschung und messende Erfassung die Grundgesetze der Natur … untersucht.“ Physik ist also das Herausfinden, WIE und WARUM ETWAS so und nicht anders GEHT. Beispiel: Warum brennen Glühlampen ausgerechnet beim Einschalten häufig durch? Redaktion)

Benötigte Geräte:

CBL2, Taschencomputer (TC), Verbindungskabel von CBL2 und TC, Stromsonde, Spannungssonde, Dual Channel Amplifier, Glühlampe mit Fassung, Schalter, Steckbrett, Kabelmaterial, Spannungsquelle

Versuchsdurchführung A: Messung des Einschaltstroms einer Glühlampe

1) Baue eine Reihenschaltung (Hintereinanderschaltung) von Schalter, Glühlampe und Stromsonde auf und schließe sie an die Spannungsquelle an.

2) Verbinde die Stromsonde mit dem Anschluss Probe 1 des Dual Channel Amplifiers. Dessen Ausgang CH1 wird mit dem Eingang CH1 des CBL verbunden. Das CBL wird nun an den Voyage angeschlossen.

3) Starte mit dem Voyage das Messprogramm datamate. Das Programm erkennt die angeschlossene Stromsonde automatisch und schlägt TIME GRAPH-18 vor.

Das bedeutet, die Messzeit der Strommessung beträgt 18 s. Diese Grundeinstellung musst Du später noch ändern.

4) Auf dem Bildschirm rechts oben erscheint eine Stromstärkeangabe, z.B. -0.0311. Da aber noch kein Strom fließt, muss eine Eichung des Nullpunkts durchgeführt werden. Zur Eichung wähle „1: SETUP“. Unter dem jetzt erscheinenden Untermenü wähle „3: ZERO“ und anschließend „1: CH1-CURRENT(A)“. Danach wirst Du aufgefordert „ENTER“ zu drücken (Press ENTER to zero).

Wenn Du das getan hast, wechselt der Bildschirm wieder in das Hauptmenü. Rechts oben erscheint eine Stromstärkeangabe in der Größenordnung Null.

5) Voreinstellung für die Stromsonde ist TIME GRAPH-18. Diese Einstellung ändere auf TIME GRAPH-1. Dazu wählst Du wieder „1: SETUP“. Setze den Dreieckcursor auf MODE: TIME GRAPH.

Nachdem Du ENTER gedrückt hast, erscheint ein weiteres Untermenü (Abb.5). Wenn Du hier „2: TIME GRAPH“ wählst, wirst Du über die genauen Messeinstellungen informiert.

Die Zeit zwischen zwei Messungen beträgt in der Voreinstellung 0,1 s, die Anzahl der Mes-sungen 180, so dass die Zeit für die Gesamtmessung 18 s beträgt. Diese Grundeinstellung ändere unter „2: CHANGE TIME SETTINGS“ ab: „Enter time between samples in seconds“ stelle auf 0.005; „Enter number of samples“ änderst Du auf 200. Die Messzeit beträgt somit 1 Sekunde. Gehe nun zurück ins Hauptmenü durch wiederholtes Drücken von „1:OK“.

5) Starte die Messung unter „2:START“ und schalte sofort nach dem Piepton den Stromkreis ein. Schalte nach dem letzten Piepton wird der Stromkreis wieder aus.

6) Übertrage den Graphen und interpretiere ihn.

Versuchsdurchführung B: Messung des Widerstands einer Glühlampe

1) Baue eine Reihenschaltung (Hintereinanderschaltung) von Schalter, Glühlampe und Stromsondeauf und schließe sie an die Spannungsquelle an. An die beiden Pole der Glühlampe wird parallel die Spannungssonde angeschlossen.

2) Verbinde die Stromsonde mit dem Anschluss Probe 1 und die Spannungssonde mit dem Anschlus Probe 2 des Dual Channel Amplifiers. Dessen Ausgänge CH1 und CH2 werden mit den Eingängen CH1 und CH2 des CBL verbunden. Das CBL wird nun an den Voyage angeschlossen.

3) Starte mit dem Voyage das Messprogramm datamate. Das Programm erkennt die angeschlossenen Sonden automatisch. Auf dem Bildschirm rechts oben erscheinen eine Stromstärkeangabe und eine Spannungsangabe ungleich Null. Da aber weder ein Strom fließt noch eine Spannung anliegt, muss eine Eichung der Nullpunkte durchgeführt werden. Zur Eichung wähle „1: SETUP“. Unter dem jetzt erscheinenden Untermenü wähle „3: ZERO“ und anschließend „3: ALL CHANNELS. Danach wirst Du aufgefordert „ENTER“ zu drücken (Press ENTER to zero). Wenn Du das getan hast, wechselt der Bildschirm wieder in das Hauptmenü. Rechts oben erscheinen eine Stromstärkeangabe und eine Spannungsangabe in der Größenordnung Null.

4) Die Spannung wird in Schritten von 0 V auf 5V geregelt. Die aktuellen Werte von I und U werden oben rechts im Display angezeigt und in die Messtabelle eingetragen. Berechne den Ohmschen Widerstand R als Quotienten von U und I. Fertige ein R-U-Diagramm an. Interpretiere es.

Ergebnis: Da mit steigender Stromstärke und Spannung die Temperatur der Glühwendel ebenfalls ansteigt, vergrößert sich der Widerstand mit der Temperatur, was das Ergebnis des ersten Versuchs erklärt.