Make: Elektronik
von: Charles Platt
O'Reilly Verlag, 2012
ISBN: 9783868995657
Sprache: Deutsch
340 Seiten, Download: 17656 KB
Format: EPUB, PDF, auch als Online-Lesen
Experiment 1: Ein kleiner Vorgeschmack
Kann man Elektrizität schmecken? Möglicherweise nicht, aber es fühlt sich an, als ob es ginge.
Du brauchst:
-
9-Volt-Batterie
-
Anschlussclip für die Batteriekontakte
-
Multimeter
Nie mehr als 9 Volt
Eine 9-Volt-Batterie wird dir nicht wehtun. Versuche dieses Experiment aber nie mit einer Batterie mit mehr Spannung oder einer größeren Batterie, die mehr Strom abgeben kann. Falls du eine Zahnspange trägst, achte darauf, dass die Metallbügel nicht die Batterie berühren.
Ablauf
Befeuchte deine Zunge und berühre mit der Spitze die Metallkontakte einer 9-Volt-Batterie. Du wirst sofort ein deutliches Prickeln spüren, das dadurch erzeugt wird, dass Elektrizität von einem Anschluss der Batterie durch die Feuchtigkeit in und auf deiner Zunge zum anderen Anschluss fließt (Abbildung 1.16). Da die Haut auf deiner Zunge sehr dünn ist (es ist ja eine Schleimhaut) und die Nerven sehr dicht unter der Oberfläche liegen, kann man so die Elektrizität sehr einfach spüren.
Strecke deine Zunge heraus und trockne die Zungenspitze gut mit einem Tuch ab. Wiederhole das Experiment, ohne dass deine Zunge wieder feucht wird. Jetzt solltest du ein schwächeres Prickeln wahrnehmen.
Was passiert hier? Wir brauchen ein Messgerät, um das herauszufinden.
Abbildung 1.16 Schritt Eins beim Lernen durch Entdeckung: Der 9-Volt-Zungentest.
Werkzeuge
Richte dein Multimeter ein
Sieh in der mitgelieferten Anleitung nach, ob du erst eine Batterie einsetzen musst oder ob schon eine Batterie vorhanden ist.
Die meisten Multimeter haben abnehmbare Prüfkabel, auch Messleitungen genannt. Die meisten Geräte haben außerdem drei Buchsen an der Vorderseite. Die Buchse ganz links ist in der Regel für die Messung hoher Stromstärken (Strom ist der Fluss von elektrischer Ladung) vorgesehen. Zunächst werden wir diese nicht brauchen.
Die Kabel werden vermutlich schwarz und rot sein. Der schwarze Stecker gehört in die Buchse, die mit »COM« oder »Common« beschriftet ist. Der rote Stecker kommt in die Buchse mit der Bezeichnung »V?« oder »Volt ?«. Siehe Abbildung 1.17 bis Abbildung 1.20.
Abbildung 1.17 Das schwarze Kabel gehört in die Common-Buchse (COM) und das rote Kabel gehört in die rote Buchse, die fast immer auf der rechten Seite des Multimeters liegt.
An den anderen Enden der Prüfkabel befinden sich Metallspitzen, auch Prüfspitzen genannt. Mit diesen berührt man die Bauteile bei elektrischen Messungen. Die Spitzen messen Elektrizität, sie geben aber keine großen Mengen davon ab. Das bedeutet, dass man sich nicht daran verletzten kann, außer natürlich man piekst sich an den spitzen Enden.
Wenn dein Messgerät keine Autorange-Funktion hat, befindet sich an jeder Schaltstellung noch eine Zahl. Diese Zahl bedeutet »nicht über«. Wenn zum Beispiel eine Stellung auf der Volt-Skala mit 2 (»nicht über 2 Volt«) und die nächste mit 20 (»nicht über 20 Volt«) beschriftet ist und du eine 6-Volt-Batterie messen willst, musst du folglich die Einstellung auswählen.
Falls du einen Fehler machst und versuchst etwas zu messen, das nicht passt, zeigt das Multimeter eine Fehlermeldung wie »E« oder »L«. Stell dann einfach den Drehregler richtig ein und versuche es noch einmal.
Abbildung 1.18
Abbildung 1.19
Abbildung 1.20 Um Widerstand und Spannung zu messen, steckt man das schwarze Kabel in die »COM«-Buchse und das rote Kabel in die Volt-Buchse. Fast alle Messgeräte verfügen über eine Extrabuchse für das rote Kabel für die Messung von hohen Stromstärken in Ampere, aber darum kümmern wir uns später.
Grundlagen
Ohm
Man misst Entfernungen in Kilometern, Gewicht (korrekt: Masse) in Kilogramm, Temperatur in Grad Celsius – und den elektrischen Widerstand in Ohm. Das Ohm ist eine internationale Einheit.
Das griechische Schriftzeichen Omega (?) ist das Einheitenzeichen für Werte in Ohm, siehe die Abbildung 1.21 und Abbildung 1.22. Der Buchstabe K (oder k?) bedeutet Kiloohm (entspricht 1.000 Ohm). Der Buchstabe M (oder M?) bedeutet Megaohm (entspricht 1.000.000 Ohm).
| Wert in Ohm | Gängige Schreibweise | Abkürzung |
|---|
| 1.000 Ohm | 1 Kiloohm | 1k? oder 1K |
| 10.000 Ohm | 10 Kiloohm | 10k? oder 10K |
| 100.000 Ohm | 100 Kiloohm | 100k? oder 100K |
| 1.000.000 Ohm | 1 Megaohm | 1M? oder 1M |
| 10.000.000 Ohm | 10 Megaohm | 10M? oder 10M |
Ein Material, das eine sehr hohen elektrischen Widerstandhat, nennt man Nichtleiter oder Isolator. Die meisten Kunststoffe, auch die farbigen Ummantelungen von Drähten, sind Nichtleiter.
Ein Material mit sehr niedrigem Widerstand bezeichnet man als Leiter. Metalle, z.B. Kupfer, Aluminium, Silber und Gold, sind exzellente Leiter.
Abbildung 1.21 Der Buchstabe Omega wird weltweit benutzt, um den Widerstand in Ohm anzugeben.
Abbildung 1.22 Er wird in unterschiedlichen Varianten geschrieben oder gedruckt.
Ablauf
Wir benutzen das Multimeter nun, um den elektrischen Widerstand deiner Zunge zu messen. Stell zunächst das Gerät auf Widerstandsmessung ein. Wenn das Multimeter eine Autorange-Funktion hat, sieh nach, ob es ein K für Kiloohm oder ein M für Megaohm anzeigt. Wenn du den Messbereich manuell einstellen musst, beginne nicht mit einem Wert unter 100.000 Ohm (100K). Siehe die Abbildung 1.23 bis Abbildung 1.25.
Abbildung 1.23
Abbildung 1.24
Abbildung 1.25 Um Ohm zu messen, stelle die Drehscheibe auf das Omega-Zeichen. Auf einem Multimeter mit Autorange-Funktion kannst du die »Range«-Taste wiederholt drücken, um verschiedene Widerstandsbereiche anzuzeigen, oder du hältst einfach die Messspitzen an einen Widerstand und wartest darauf, dass das Gerät automatisch einen Bereich wählt. Bei einem manuellen Multimeter musst du erst den Bereich mit dem Drehregler wählen. (Um den Hautwiderstand zu messen, solltest du es auf 100 k? oder höher stellen). Wenn du keinen sinnvollen Wert erhältst, versuche einen anderen Messbereich.
Berühre mit beiden Messspitzen deine Zunge. Die Messspitzen sollten einen Abstand von zwei bis drei Zentimetern aufweisen. Notier dir das Messergebnis, dass bei ungefähr 50K liegen sollte. Lege die Prüfspitzen beiseite, strecke die Zunge heraus und trockne sie sorgfältig mit einem Tuch ab. Wiederhole den Versuch, ohne dass deine Zunge wieder feucht wird. Der gemessene Wert sollte höher sein. Drücke zum Abschluss die Spitzen an die Haut auf deiner Hand oder deinem Arm: Dabei bekommst du vermutlich gar keinen Wert angezeigt oder nur, wenn du deine Haut anfeuchtest.
Anmerkung
Wenn deine Haut feucht ist (z.B. weil du schwitzt), nimmt ihr elektischer Widerstand ab. Dieses Prinzip wird bei Lügendetektoren angewandt, da jemand, der bewusst lügt, unter Belastung zum Schwitzen neigt.
Eine 9-Volt-Batterie enthält Chemikalien, die Elektronen (elektrische Teilchen) freisetzen, die aufgrund einer chemischen Reaktion in der Batterie vom einen Anschluss zum anderen fließen wollen. Du kannst dir die Zellen in der Batterie wie zwei Wassertanks vorstellen – einer davon ist voll und der andere leer. Wenn diese Tanks mit einem Rohr verbunden werden, fließt das Wasser solange, bis beide gleich voll sind. Abbildung 1.26 zeigt dir, wie das gemeint ist. In gleicher Weise fließen Elektronen zwischen den beiden Enden einer Batterie, wenn man eine elektrische Verbindung zwischen ihnen herstellt, auch wenn diese Verbindung die Feuchtigkeit auf deiner Zunge ist.
Elektronen fließen in einigen Stoffen (wie einer feuchten Zunge) leichter als in anderen (wie einer trockenen Zunge).
Abbildung 1.26 Stelle dir die Zellen in einer Batterie wie zwei Zylinder vor: Einer ist voll mit Wasser, der andere leer. Wenn man eine Verbindung zwischen den Zylindern herstellt, fließt das Wasser solange, bis der Wasserpegel auf beiden Seiten gleich hoch ist. Je weniger Widerstand die Verbindung besitzt, desto schneller fließt das Wasser.
Hintergrundwissen
Der Mann, der den Widerstand entdeckte
Georg Simon Ohm, Abbildung 1.27, wurde im Jahre 1787 in Erlangen, Bayern, geboren und arbeitete den größten Teil seines Lebens ohne nennenswerten öffentlichen Bekanntheitsgrad. Er erforschte die Eigenschaften von...