Strom- und Spannungsmessgeräte
Strom- und Spannungsmessgeräte
Wie schließt man ein Messgerät richtig an? Und warum ist der Innenwiderstand so wichtig? Diese Lerneinheit erklärt die Grundlagen der elektrischen Messung.
Spannungsmessung vs. Strommessung
Frage EI101 fragt nach dem korrekten Anschluss eines Spannungsmessgeräts:
Spannungsmessung (Voltmeter)
Parallel zum Messobjekt
Innenwiderstand: hochohmig
Grund: Stromkreis möglichst wenig belasten
Strommessung (Amperemeter)
In Reihe (seriell) einschleifen
Innenwiderstand: niederohmig
Grund: Strom im Stromkreis nicht verändern
Antwort EI101: Das Spannungsmessgerät ist parallel zum Messobjekt anzuschließen und sollte hochohmig sein.
Warum hochohmig für Spannung?
Ein Voltmeter misst die Spannung zwischen zwei Punkten. Wäre es niederohmig, würde Strom durch das Messgerät fließen und:
- Die Spannung am Messobjekt verändern
- Den Messwert verfälschen
Warum niederohmig für Strom?
Ein Amperemeter wird in den Stromkreis eingeschleift - der gesamte Strom fließt hindurch. Wäre es hochohmig, würde es einen zusätzlichen Spannungsabfall verursachen und damit den Strom im Stromkreis verändern.
Merkhilfe:
Spannung → Seitwärts (parallel) → Sehr hochohmig
Strom → Seriell (in Reihe) → Sehr niederohmig
Widerstand messen mit Ohm'schem Gesetz
Frage EI102 zeigt vier Schaltungen und fragt, welche zur Widerstandsmessung geeignet ist:
Um einen Widerstand mit dem Ohm'schen Gesetz zu bestimmen, braucht man:
- Ein Voltmeter (parallel zum Widerstand) → misst U
- Ein Amperemeter (in Reihe zum Widerstand) → misst I
- Dann: $R = \frac{U}{I}$
Die vier Schaltungen im Vergleich:
A (richtig)
V parallel, A in Reihe
B (falsch)
C (falsch)
D (falsch)
So erkennst du die richtige Schaltung:
- Voltmeter (V) muss parallel zum Widerstand (R) liegen
- Amperemeter (A) muss in Reihe zum Widerstand liegen
- Das Amperemeter muss so in Reihe liegen, dass es den Strom durch den zu messenden Widerstand erfasst
Hinweis: Die Prüfung geht von idealen Messgeräten aus (Voltmeter = unendlich hochohmig, Amperemeter = 0 Ohm). In der Praxis beeinflusst der Innenwiderstand der Messgeräte das Ergebnis - für die Prüfung reicht die Merkregel: V parallel, A in Reihe.
Analoge Messinstrumente ablesen
Fragen EI103 und EI104 zeigen dasselbe analoge Zeigerinstrument mit zwei Skalen:
- 0-100-Skala (außen) - für Messbereiche wie 1 / 10 / 100 / 1000 V
- 0-30-Skala (innen) - für Messbereiche wie 3 / 30 / 300 V
Praxisregel: Immer die Skala wählen, die zum Messbereich passt. Den abgelesenen Wert dann nur noch mit Komma bzw. ×10/÷10 anpassen - so kann man meist direkt ablesen.
Frage EI103: Messbereich 10 V
Messbereich 10 V → 0-100-Skala.
100 entspricht 10 V ⇒ Komma um eine Stelle nach links.
Zeiger bei 29 ⇒ 2,9 V.
Antwort: 2,9 V
Frage EI104: Messbereich 300 V
Messbereich 300 V → 0-30-Skala.
30 entspricht 300 V ⇒ Wert mit 10 multiplizieren.
Zeiger bei 8,8 ⇒ 88 V.
Antwort: 88 V
Merksatz: Passende Skala wählen - dann nur noch Komma/×10 anpassen. Bei EI103 und EI104 steht der Zeiger an nahezu der gleichen Position! Nur der Messbereich und damit die verwendete Skala unterscheiden sich.
Skalenregel für die Prüfung
| Messbereich | Skala | Ablesen und... |
|---|---|---|
| 3 V | 0-30 | ÷ 10 |
| 10 V | 0-100 | ÷ 10 |
| 30 V | 0-30 | × 1 (direkt) |
| 100 V | 0-100 | × 1 (direkt) |
| 300 V | 0-30 | × 10 |
| 1000 V | 0-100 | × 10 |
Allgemeine Formel (Fallback)
Wenn keine passende Skala vorhanden ist, kann man bei jeder linearen Skala proportional rechnen:
$\displaystyle \text{Messwert} = \frac{\text{Zeigerstellung}}{\text{Skalenendwert}} \times \text{Messbereich}$
Warum das stimmt: Die Skalen sind linear - der Zeigerausschlag ist proportional zum Messwert. Die direkte Ablesung über die passende Skala ist nur eine Abkürzung dieser Rechnung.
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| EI101 | Spannungsmessgerät anschließen | Parallel und hochohmig |
| EI102 | Widerstand messen (Schaltung) | V parallel, A in Reihe zum R |
| EI103 | Ablesen bei 10 V Messbereich | 2,9 V |
| EI104 | Ablesen bei 300 V Messbereich | 88 V |
Die wichtigsten Merksätze:
- Voltmeter: Parallel + hochohmig
- Amperemeter: In Reihe + niederohmig
- Widerstand messen: $R = \frac{U}{I}$ → V parallel, A in Reihe
- Ablesen: Zeigerstellung ÷ Skalenendwert × Messbereich
Wissenskontrolle
0 / 4 Fragen richtigWie werden elektrische Spannungsmessgeräte an Messobjekte angeschlossen und welche Anforderungen muss das Messgerät erfüllen, damit der Messfehler möglichst gering bleibt? Das Spannungsmessgerät ist ...
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Welche Schaltung mit idealen Messgeräten könnte dazu verwendet werden, den Wert eines Widerstandes anhand des ohmschen Gesetzes zu ermitteln?
Welche Spannung wird bei dem folgenden Messinstrument angezeigt, wenn dessen Messbereich auf 10 V eingestellt ist?
Welche Spannung wird bei dem folgenden Messinstrument angezeigt, wenn dessen Messbereich auf 300 V eingestellt ist?