Das Ohmsche Gesetz - Handwerk

Diesen aiMOOC als Battle spielen: Physik, Klasse 5-6, G-Niveau

Das Ohmsche Gesetz - Handwerk

Das ohmsche Gesetz verbindet Spannung, Stromstärke und Widerstand. Im Handwerk brauchst Du es zum Auslegen von Bauteilen, Prüfen von Stromkreisen und Eingrenzen von Fehlern.

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Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du:

1. Formeln anwenden: Spannung, Stromstärke oder Widerstand berechnen.
2. Messungen planen: Spannung parallel, Strom in Reihe und Widerstand spannungsfrei messen.
3. Messwerte beurteilen: Unterbrechung, Kurzschluss und falschen Widerstand erkennen.
4. Sicher arbeiten: Messbereich, Buchsen und Spannungsfreiheit beachten.

Die drei elektrischen Größen

Größe	Formelzeichen	Einheit	Bedeutung im Stromkreis
Spannung	U	Volt V	treibende elektrische Potenzialdifferenz
Stromstärke	I	Ampere A	fließende elektrische Ladung pro Zeit
Widerstand	R	Ohm Ω	hemmt den Stromfluss

Datei:Ohm's law voltage source.svg

Merksatz: Mehr Spannung führt bei konstantem Widerstand zu mehr Strom. Mehr Widerstand führt bei konstanter Spannung zu weniger Strom.

Formel und Umstellen

Grundformel:

U = R · I

Daraus folgen:

I = U / R

R = U / I

Einheitenregel: Rechne vor dem Einsetzen Milliampere in Ampere und Kiloohm in Ohm um.

1. 1 mA = 0,001 A
2. 1 kΩ = 1.000 Ω
3. 1 MΩ = 1.000.000 Ω

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Rechnen wie in der Werkstatt

Aufgabe	Rechnung	Ergebnis
An 24 V liegt ein Widerstand von 12 Ω.	I = 24 V / 12 Ω	2 A
Durch ein Bauteil fließen bei 12 V genau 0,5 A.	R = 12 V / 0,5 A	24 Ω
Durch einen Widerstand von 470 Ω sollen 20 mA fließen.	U = 470 Ω · 0,020 A	9,4 V

Plausibilitätsprüfung: Ein kleiner Widerstand lässt bei gleicher Spannung mehr Strom fließen. Ein Ergebnis ohne Einheit ist unvollständig.

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Widerstände in Bauteilen

Widerstände begrenzen Strom, teilen Spannungen und schützen Bauteile. Bei bedrahteten Widerständen kennzeichnen Farbringe häufig den Wert und die Toleranz.

In der Praxis vergleichst Du Farbcode, Aufdruck, Schaltplan und Messwert. Abweichungen können durch Toleranz, Temperatur, Kontaktprobleme oder einen Defekt entstehen.

Messen mit dem Multimeter

Messgröße	Anschluss	Wichtiger Hinweis
Spannung	parallel zum Bauteil	passende Spannungsart und Messbereich wählen
Stromstärke	in Reihe in den Stromkreis	richtige Strombuchse benutzen und zulässigen Strom beachten
Widerstand	am spannungsfreien Bauteil	Bauteil möglichst aus der Schaltung trennen

Spannung messen

Das Messgerät wird parallel angeschlossen. Es vergleicht die Potenziale an zwei Punkten.

Strom messen

Der Stromkreis wird geöffnet und das Messgerät in Reihe eingesetzt. Eine Strommessung parallel zur Quelle kann einen Kurzschluss verursachen.

Widerstand messen

Widerstand wird nur im spannungsfreien Zustand gemessen. Fremdspannung verfälscht den Wert und kann das Messgerät beschädigen.

Fehlersuche im Handwerk

Beobachtung	Mögliche Ursache	Nächster Prüfschritt
Keine Spannung am Verbraucher	Versorgung unterbrochen	Spannung abschnittsweise prüfen
Spannung vorhanden, kein Strom	Unterbrechung oder sehr hoher Widerstand	Leitung und Bauteil spannungsfrei prüfen
Strom deutlich zu hoch	Widerstand zu klein oder Kurzschluss	Schaltung abschalten und Widerstände kontrollieren
Messwert springt	loser Kontakt oder falscher Messbereich	Prüfspitzen, Steckverbindungen und Einstellung prüfen

Auch bei Kleinspannungsanlagen hilft der Vergleich von Sollwert und Istwert: Erst messen, dann rechnen, anschließend die Ursache eingrenzen.

Grenzen des Gesetzes

Das ohmsche Gesetz beschreibt einen linearen Zusammenhang bei konstantem Widerstand. Bei einer Glühlampe verändert Erwärmung den Widerstand. Dioden und viele elektronische Bauteile haben ebenfalls keine lineare Strom-Spannungs-Kennlinie.

Die Gerade zeigt ohmsches Verhalten. Eine gekrümmte Kennlinie bedeutet: Der Widerstand ist im betrachteten Bereich nicht konstant.

Sicher arbeiten

1. Zuständigkeit: Arbeiten an elektrischen Anlagen gehören in die Hände von Elektrofachkräften oder erfolgen unter fachlicher Leitung und Aufsicht.
2. Übungsaufbau: Lernversuche mit geeigneter Kleinspannung durchführen.
3. Vorprüfung: Vor Widerstands- und Durchgangsmessungen Spannungsfreiheit feststellen.
4. Gerätekontrolle: Messleitungen, Buchsen, Messbereich und Gerätekategorie prüfen.
5. Fehlanschluss vermeiden: Strommessbereich niemals wie einen Spannungsmesser parallel anschließen.

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Kurzcheck für den Arbeitsauftrag

1. Gegebene Größen und gesuchte Größe notieren.
2. Einheiten in V, A und Ω umrechnen.
3. Passende Formel auswählen.
4. Wert mit Einheit berechnen.
5. Ergebnis auf Plausibilität prüfen.
6. Messung sicher vorbereiten und dokumentieren.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Gleichung beschreibt das ohmsche Gesetz? (U = R · I) (!U = R + I) (!U = I / R) (!U = R - I)

In welcher Einheit wird der elektrische Widerstand angegeben? (Ohm) (!Volt) (!Ampere) (!Watt)

Wie wird eine Spannung am Bauteil gemessen? (Parallel zum Bauteil) (!In Reihe zum Bauteil) (!Nur am Schutzleiter) (!Mit kurzgeschlossenen Messspitzen)

Wie wird ein Strommessgerät angeschlossen? (In Reihe in den Stromkreis) (!Parallel zur Spannungsquelle) (!Ohne Öffnen des Stromkreises) (!Direkt zwischen Plus und Minus)

Wann darf der Widerstand eines Bauteils gemessen werden? (Im spannungsfreien Zustand) (!Während des Betriebs) (!Nur bei maximaler Spannung) (!Bei parallel angeschlossener Quelle)

Welche Stromstärke fließt bei 12 Volt und 6 Ohm? (2 Ampere) (!0,5 Ampere) (!6 Ampere) (!72 Ampere)

Welcher Widerstand ergibt sich aus 24 Volt und 2 Ampere? (12 Ohm) (!48 Ohm) (!22 Ohm) (!0,08 Ohm)

Was geschieht bei konstantem Widerstand, wenn die Spannung steigt? (Die Stromstärke steigt) (!Die Stromstärke fällt) (!Der Widerstand wird null) (!Die Einheit ändert sich)

Welcher Fehler ist bei einer Strommessung besonders gefährlich? (Das Messgerät parallel zur Quelle anzuschließen) (!Den Messwert aufzuschreiben) (!Die Einheit Ampere zu verwenden) (!Den Stromkreis vorher zu öffnen)

Wann zeigt ein Bauteil ohmsches Verhalten? (Wenn Spannung und Stromstärke proportional sind) (!Wenn der Widerstand ständig stark schwankt) (!Wenn kein Messgerät angeschlossen ist) (!Wenn ausschließlich Wechselspannung anliegt)

Memory

Spannung	Volt
Stromstärke	Ampere
Widerstand	Ohm
Spannungsmessung	Parallelschaltung
Strommessung	Reihenschaltung
Widerstandsmessung	Spannungsfreiheit
Kurzschluss	Sehr kleiner Strompfadwiderstand
Kennlinie	Zusammenhang von Strom und Spannung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Volt	Einheit der Spannung
Ampere	Einheit der Stromstärke
Ohm	Einheit des Widerstands
Parallelanschluss	Anschluss bei der Spannungsmessung
Reihenanschluss	Anschluss bei der Strommessung
Spannungsfreiheit	Voraussetzung für die Widerstandsmessung

Kreuzworträtsel

Spannung	Welche elektrische Größe trägt das Formelzeichen U?
Stromstärke	Welche elektrische Größe trägt das Formelzeichen I?
Widerstand	Welche elektrische Größe trägt das Formelzeichen R?
Multimeter	Welches Gerät misst mehrere elektrische Größen?
Parallelschaltung	Welche Anschlussart nutzt man bei der Spannungsmessung?
Reihenschaltung	Welche Anschlussart nutzt man bei der Strommessung?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Das ohmsche Gesetz lautet . Die Spannung wird in angegeben. Die Stromstärke wird in gemessen. Der elektrische Widerstand besitzt die Einheit . Für eine Spannungsmessung wird das Multimeter angeschlossen. Für eine Strommessung wird es eingesetzt. Eine Widerstandsmessung erfolgt nur im Zustand. Bei konstantem Widerstand führt eine größere Spannung zu einer größeren . Vor dem Rechnen müssen Milliampere in umgerechnet werden. Eine gekrümmte Kennlinie zeigt ein Verhalten.

Offene Aufgaben

Leicht

1. Merkhilfe gestalten: Erstelle eine kleine Werkstattkarte mit den drei Formeln und Einheiten.
2. Bauteile zuordnen: Fotografiere oder zeichne drei elektrische Bauteile und notiere, welche Größen daran gemessen werden können.
3. Umrechnen üben: Formuliere fünf Aufgaben mit mA, A, Ω und kΩ und löse sie.
4. Bedienelemente erklären: Beschrifte an einem Bild die Buchsen, den Drehschalter, das Display und die Messleitungen.

Standard

1. Kleinspannungsversuch: Miss Spannung und Strom an einem Widerstand und dokumentiere Aufbau, Werte und Rechnung.
2. Fehlerkarte erstellen: Entwickle eine Tabelle mit Beobachtung, möglicher Ursache und sicherem Prüfschritt.
3. Farbringe prüfen: Bestimme bei fünf Widerständen Farbcode, Nennwert und gemessenen Wert.
4. Messreihe auswerten: Verändere an einem geeigneten Versuchsaufbau die Spannung und zeichne die Strom-Spannungs-Kennlinie.

Schwer

1. Werkstattfall planen: Entwickle einen vollständigen Prüfablauf für einen ausgefallenen 24-Volt-Verbraucher.
2. Abweichungen beurteilen: Vergleiche berechnete und gemessene Werte und erkläre Toleranz, Temperatur und Messfehler.
3. Ohmsch oder nicht ohmsch: Vergleiche die Kennlinien eines Widerstands und einer Lampe oder Diode.
4. Ausbildungsvideo produzieren: Drehe ein kurzes Video, das eine korrekte Spannungs-, Strom- und Widerstandsmessung zeigt.

Lernkontrolle

1. Bauteil auswählen: Für einen 24-Volt-Stromkreis ist ein Betriebsstrom von 0,3 Ampere vorgesehen. Berechne den nötigen Widerstand und begründe, ob der Wert praktisch plausibel ist.
2. Messwerte deuten: An einem Verbraucher liegt die Nennspannung an, aber es fließt kein Strom. Entwickle mindestens zwei Ursachen und eine sichere Prüfreihenfolge.
3. Messung planen: Beschreibe für einen Kleinspannungsstromkreis, an welcher Stelle und in welcher Anschlussart Du U, I und R misst.
4. Grenzen erklären: Begründe anhand einer gedachten Kennlinie, warum eine Glühlampe nicht über den gesamten Arbeitsbereich als ohmscher Widerstand behandelt werden kann.
5. Fehlanschluss bewerten: Erkläre die Folgen, wenn ein Multimeter im Strommessbereich parallel an eine Spannungsquelle angeschlossen wird.
6. Ergebnis prüfen: Entwickle eine Checkliste, mit der ein berechneter und gemessener Widerstandswert kontrolliert wird.

Lernnachweis

Für den Lernnachweis sind wichtig:

1. Die drei Größen U, I und R mit Einheiten sicher verwenden.
2. Das ohmsche Gesetz nach jeder gesuchten Größe umstellen.
3. Einheiten korrekt umrechnen und Rechenwege mit Einheiten darstellen.
4. Spannung, Strom und Widerstand fachgerecht messen.
5. Messwerte mit Sollwerten vergleichen und Abweichungen begründen.
6. Gefährliche Fehlanschlüsse erkennen und sichere Prüfschritte beschreiben.
7. Ohmsche und nicht ohmsche Kennlinien unterscheiden.

Verknüpfte Lernbereiche

Das Ohmsche Gesetz - Handwerk Elektrische Spannung Elektrische Stromstärke Elektrischer Widerstand Multimeter Reihenschaltung Parallelschaltung Elektrische Leistung Fehlersuche Arbeitsschutz