Teach-Lektion
Warum braucht eine LED einen Widerstand?
Vergleiche zwei geschützte Schaltungen mit roten LEDs bei gleicher Spannung und erkläre die Strombegrenzung.
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Lernziele
Aus gemessenen Widerstandsspannungen berechnete Stromstärken bei 1 kΩ und 10 kΩ vergleichen.
Anhand der Ergebnisse erklären, warum der Strom durch eine LED begrenzt werden muss.
Vorschau der Lernaktivität
Inhalt der Aktivität
Nur Vorschau. In einer Unterrichtssitzung können Lernende Antworten ausfüllen und ihre Arbeit bei der Lehrkraft einreichen.
Das Bauteil, das nicht leuchtet
5 min
Eine kleine Kontrollleuchte braucht einen Widerstand, obwohl dieser kein nutzbares Licht erzeugt. Verschwendet das Bauteil nur elektrische Energie oder erfüllt es eine wichtige Aufgabe? Vergleiche zwei Schaltungen mit roten LEDs bei 5 V. Nur der angegebene Widerstandswert ändert sich: 1 kΩ oder 10 kΩ.
In welcher Schaltung erwartest du eine größere Stromstärke? Begründe deine Vermutung vor der Messung.
Vergleiche zwei geschützte Schaltungen
13 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 $I\,\text{(mA)}=V_R\,\text{(V)}$; bei 10 kΩ teilst du die Spannung in Volt durch 10, um mA zu erhalten. 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.
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.
Rote LED mit 1 kΩ
Rote LED mit 1 kΩ
Öffne diese Schaltung und prüfe 5 V, 1 kΩ und den Modus Gleichspannung. Führe eine Messung durch und fülle die zugehörige Zeile aus, bevor du Hive verlässt.
In einer Unterrichtssitzung verfügbar
Rote LED mit 10 kΩ
Rote LED mit 10 kΩ
Öffne diese Schaltung und prüfe 5 V, 10 kΩ und den Modus Gleichspannung. Führe eine Messung durch und fülle die zugehörige Zeile aus, bevor du Hive verlässt.
In einer Unterrichtssitzung verfügbar
Ergebnisse
Fülle zwei Zeilen aus: eine mit 1 kΩ und eine mit 10 kΩ, beide bei 5 V. Trage V_R in Volt ein. Bei 1 kΩ gilt I(mA)=V_R; bei 10 kΩ gilt I(mA)=V_R/10. Wähle eine Kamerabeobachtung und lasse zusätzliche Zeilen leer.
| Widerstand | Spannung am Widerstand V | Berechnete Stromstärke mA | Kamerabeobachtung |
|---|---|---|---|
Erkläre die Aufgabe des Widerstands
12 min
Verwende den Messwert jedes Widerstands. Teile die Stromstärke bei 1 kΩ durch die Stromstärke bei 10 kΩ. Gib das Verhältnis an und zeige die beiden verwendeten Stromstärken.
Welcher Widerstand begrenzte den Strom stärker? Erkläre anhand deiner Ergebnisse, warum es keine sinnvolle Möglichkeit wäre, den Widerstand zu entfernen, um diese Kontrollleuchte heller zu machen.
War der elektrische Unterschied im Kamerabild gut zu erkennen? Erkläre, warum die bestimmten Stromstärken aussagekräftiger sind als der Vergleich der Fotos allein.
Welche der beiden geprüften Schaltungen würdest du für eine Kontrollleuchte mit geringem Strombedarf wählen? Begründe deine Wahl anhand der Stromstärke und der Erkennbarkeit des Lichts.
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.
Aus dieser Vorschau eine Unterrichtssitzung machen
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