Wie optimiert man den Versuchsaufbau zur Messung der Stromstärke am Kondensator?
Hi, ich brauche Hilfe bei dieser Aufgabe:
welchen Nachteil, hat der beiliegende Schaltkreis im Bezug auf die Messgrößen? Es soll experimentell die Stromstärke beim Entladen des Kondensators erfasst werden.
5 Antworten
Prinzipiell ist die Schaltung im Zustand der Entladung (Schalter ist auf Stellung 2) in einer sog. "stromrichtigen Messschaltung". Allerdings hat ein Strommesser, so gering sein Innenwiderstand auch sein mag, dennoch einen Widerstand. Dieser addiert sich zum bereits vorhandenen Schaltungswiderstand R und das beeinflusst in Summe die Zeitkonstante bzw. die Entladekurve.
Nachtrag (siehe Kommentar):
Da hast du nicht viele Möglichkeiten. Du möchtest ja salopp gesagt jenen Strom messen, der ohne Messung fließen würde.
Strom kannst du aber nur in Reihe zum Verbraucher messen.
Die Alternative wäre eine Spannungsmessung parallel zum Widerstand, um daraus den Strom abzuleiten (so macht man es bspw. mit einem Oszilloskop), doch dann wären wir in der stromfalschen Messschaltung, da ein Teil des Stroms, durch den Innenwiderstand des Spannungsmessers fließen würde, auch wenn er verschwindend gering ist.
Wie lautet denn die konkrete Aufgabenstellung?
Aufgabenstellung: Welchen Nachteil hat der Versuchsaufbau im Bezug auf die Messgrößen? Verändere den Schaltkreis so, dass das Problem nicht mehr auftritt.
Okay verstehe. Hier geht es vermutlich darum, dass im Entladevorgang beide Größen (Spannung + Strom) gemessen werden sollen. Dazu muss der Spannungsmesser anders verschaltet werden, nämlich mit dem oberen Beinchen unterhalb des Schalters, damit er dauerhaft parallel zum Kondensator geschaltet ist. Siehe Nachtrag in meiner Antwort.
Der Innenwiderstand des Amperemeters verfälscht deine Messung. Er addiert sich nämlich zum Entladewiderstand R.
Man spricht hier von einer "stromrichtigen Messung" - zwar wird der Strom "exakt" angezeigt, aber die Gesamtspannung stimmt nicht mit der Spannung am Entladewiderstand überein.
Bei heutigen Messverfahren wäre es besser, die Spannung am Widerstand R zu messen und den Strom dann mit I=U/R zu berechnen.
- Spannungsmessung ist häufig präziser (geringere Fehlertoleranz - z.B. bei Mulitmetern) - gut, man muss die Messunsicherheit des Entladewiderstandes berücksichtigen
- Innenwiderstand von Voltmetern kann heutzutage sehr hoch werden (10-100 Megaohm sind durchaus üblich), sodass die Verfälschung durch die "spannungsrichtige Messung" vernachlässigbar gering wird
Das wesentliche Manko der Schaltung ist, das du nicht gleichzeitig Strom und Spannung messen kannst. Natürlich musst du die innenwiderstände der Meßwerke kennen und die dadurch entstehende Veränderung der Meßwerte und des Ablaufes mathematisch korrigieren. Ausserdem musst du die Trägheit der Meßwerke kennen um die dynamischen Anzeigefehler herausrechnen zu können.
LG H.
Zwei Möglichkeiten:
1.) Wie dargestellt mit Ampere-Meter
2.) Spannung über R mit Voltmeter messen.
Welche Variante besser (sprich: genauer) ist, hängt ab sowohl von der Größe des Kondensators als auch des Widerstandes R im Vergleich zum Innenwiderstand des Ampere-Meters bzw. des Voltmeters. In beiden Fällen wird nun mal das Messergebnis etwas "verfälscht" durch die Mess-Anordnung, aber das ist nicht zu vermeiden.
Übrigens: Auch die Größe der Spannung - bzw. des fließenden Entladestromes - spielt dabei eine Rolle (Messbereichswahl der Instrumente).
Frage: Was dabei kannst Du frei wählen?
Was muss ich verändern an der Schaltung?