Teach-Lektion
Drei Leuchten, unabhängige Zweige
Untersuche, was in einem LED-Zweig passiert, wenn weitere Zweige dieselbe Versorgung nutzen.
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Lernziele
Die Stromstärke im grünen Zweig bei einem, zwei und drei parallelen Zweigen vergleichen.
Die Unabhängigkeit der Zweige erklären und Zweigstrom vom Gesamtstrom unterscheiden.
Vorschau der Lernaktivität
Inhalt der Aktivität
Nur Vorschau. In einer Unterrichtssitzung können Lernende Antworten ausfüllen und ihre Arbeit bei der Lehrkraft einreichen.
Nimmt eine weitere Leuchte der ersten etwas weg?
5 min
Stell dir vor, du ergänzt eine weitere Kontrollleuchte auf einem Bedienfeld. Fließt durch die erste dann weniger Strom, weil sie nun „teilen“ muss? Mit Hive vergleichst du eine grüne LED allein, Grün mit Rot und alle drei Farben zusammen. Jeder Zweig hat einen eigenen 1-kΩ-Widerstand; alle Zweige liegen zwischen derselben Versorgung und Masse.
Vermute, wie sich bei konstanten 5 V das Hinzufügen des roten und gelben Zweigs auf die Stromstärke im grünen Zweig auswirkt. Begründe deine Überlegung.
Weitere Zweige, dieselbe Messung
22 min
Verstehe die Schaltung
Die Laborschaltfläche öffnet eine fertig verdrahtete Schaltung auf echter Hardware. Ein Zweig ist ein Strompfad mit einem Widerstand und einer LED. Die LED besitzt eine Anode (A) und eine Kathode (K); ihre Ausrichtung ist bereits festgelegt. Öffne die Registerkarte der Gleichspannungsversorgung, um die positive Versorgungsspannung abzulesen oder einzustellen, und Multimeter, um die Spannung abzulesen. Starte nach jeder Änderung eine Messung und warte, bis Messwert und Fotos des Geräteaufbaus aktualisiert sind. Eine geänderte Einstellung allein liefert noch kein neues Ergebnis. Für die Tastaturbedienung fokussierst du den Spannungsregler: Links/Rechts ändert die Schrittweite, Auf/Ab den Wert. Prüfe vor der Messung die angezeigte Spannung.
Das Multimeter misst die Spannung am Widerstand, bezeichnet mit $V_R$. Notiere VDC in Volt; teile eine Anzeige in mV durch 1 000. Zum Beispiel sind 240 mV = 0,240 V. Zeigt das Gerät uV (Mikrovolt, µV) an, teile durch 1 000 000: 300 uV = 0,000300 V. Bei einem Widerstand von 1 kΩ gilt $I\,\text{(mA)}=V_R\,\text{(V)}$. Damit berechnest du die Stromstärke aus der gemessenen Spannung und dem angegebenen Widerstand.
Beobachte die echten LEDs auf den Kamerafotos. Das geschätzte Leuchten in der Zeichnung veranschaulicht das letzte Ergebnis und ist keine Lichtmessung; schalte es beim Vergleich mit den Kamerabildern aus. Ist eine LED wegen Blendung nicht eindeutig erkennbar, lautet die Beobachtung Unklar, nicht unbedingt aus. Im Geräteaufbau gibt es außerdem Statusleuchten. Ist die LED der Schaltung nicht eindeutig zu erkennen, lasse Schaltung und Spannung unverändert und starte die Messung erneut. Warte auf aktualisierte Messwerte und Kamerafotos und betrachte die LED noch einmal. Notiere in deinen schriftlichen Antworten kurz den ersten und den wiederholten Messwert sowie eine mögliche Änderung der Sichtbarkeit; trage das Ergebnis der Wiederholung in die Tabelle ein. Bleibt die LED unklar, wähle Unklar. Orientiere dich nicht an einer anderen Leuchte und wiederhole nicht so lange, bis das erwartete Ergebnis erscheint.
Lies den Gerätenamen unter jedem Ergebnis: Aufeinanderfolgende Messungen können von verschiedenen physischen Hive-Geräten stammen. Kleine Unterschiede können deshalb auf unterschiedliche Bauteile zurückgehen. Ein als frühere Aufzeichnung gekennzeichnetes Ergebnis ist keine unabhängige neue Messung.
Schütze die Schaltung
Lasse die vorbereitete Verdrahtung und die Widerstände unverändert. Verwende nur die positive 0–5-V-Versorgung, in dieser Aufgabe zwischen 1 und 5 V. Schließe eine LED niemals direkt an die Versorgung an. Verändere die anderen Spannungsversorgungen und den Funktionsgenerator nicht. Das Messgerät ist bereits parallel zu einem Widerstand angeschlossen: Lasse es im Modus Gleichspannung, niemals im Strom- oder Widerstandsmessmodus.
Lies die Spannung am Widerstand ab, um die Stromstärke in diesem Zweig zu berechnen. A und K kennzeichnen die LED-Anschlüsse.
Verfolge einen vollständigen Zweig von der Versorgung bis zur Masse. Das Voltmeter ist nur am Widerstand des grünen Zweigs angeschlossen.
Schaltungen wechseln
Beende nach jeder Schaltung die Hive-Sitzung und kehre zu dieser Aufgabe zurück, bevor du die nächste Laborschaltfläche öffnest. Jede Schaltfläche lädt eine eigene Schaltung. Verwende nicht die vorherige Schaltung weiter und ändere die Messgeräteverdrahtung nicht.
Nur Grün
Nur Grün
Prüfe 5 V und lasse das Messgerät parallel zum 1-kΩ-Widerstand des grünen Zweigs angeschlossen. Miss, fülle die Zeile Nur Grün aus und verlasse Hive.
In einer Unterrichtssitzung verfügbar
Grün + Rot
Grün + Rot
Prüfe 5 V und lasse das Messgerät parallel zum 1-kΩ-Widerstand des grünen Zweigs angeschlossen. Miss, fülle die Zeile Grün + Rot aus und verlasse Hive.
In einer Unterrichtssitzung verfügbar
Grün + Rot + Gelb
Grün + Rot + Gelb
Prüfe 5 V und lasse das Messgerät parallel zum 1-kΩ-Widerstand des grünen Zweigs angeschlossen. Miss, fülle die Zeile Grün + Rot + Gelb aus und verlasse Hive.
In einer Unterrichtssitzung verfügbar
Nur Grün wiederholen
Nur Grün wiederholen
Öffne diese letzte Schaltung bei 5 V, miss erneut am Widerstand des grünen Zweigs und fülle Nur Grün, Wiederholung aus. Prüfe den Gerätenamen; es kann ein anderes physisches Hive-Gerät sein.
In einer Unterrichtssitzung verfügbar
Ergebnisse
Verwende vier Zeilen, immer bei 5 V. Das Messgerät misst in jeder Schaltung ausschließlich am Widerstand des grünen Zweigs. Trage V_R in V und I_green in mA ein (bei 1 kΩ derselbe Zahlenwert). Beobachte die grüne LED, nicht die Gesamthelligkeit des Geräteaufbaus. Nutze für die letzte Zeile die abschließende Wiederholungsschaltfläche und lasse zusätzliche Zeilen leer.
| Schaltung | Spannung am Widerstand des grünen Zweigs V | Stromstärke im grünen Zweig mA | Grüne LED im Kamerabild |
|---|---|---|---|
Unterscheide Zweigstrom und Gesamtstrom
13 min
Ziehe die erste Stromstärke bei „Nur Grün“ von der Stromstärke im grünen Zweig der Drei-Farben-Schaltung ab. Gib die Differenz mit Vorzeichen in mA an und zeige die beiden verwendeten Werte.
Hat das Hinzufügen von Zweigen die Stromstärke im grünen Zweig deutlich verändert? Erkläre anhand der drei Schaltungen und der Wiederholung, welche Schlussfolgerung deine Ergebnisse stützen.
Antworte schriftlich, ohne die Schaltung zu verändern. Liefert dieser Messwert den Gesamtstrom für alle drei Zweige? Erkläre, welche Stromstärke er bestimmen lässt und welche zusätzlichen Messungen für den Gesamtstrom nötig wären.
Was würdest du prüfen, bevor du einen kleinen Unterschied zwischen den Messungen dem zusätzlichen Zweig zuschreibst?
Abgeben
Verlasse Hive nach allen Messungen und kehre hierher zurück. Markiere die Laborarbeit als erledigt, überprüfe alle Tabellenzeilen und Pflichtantworten und gib die Aufgabe ab.
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