Physik – Informationsübertragung – Heißleiterwiderstand – Cornelsen

Heißleiterwiderstand

Vorbereitung des Heißleiterwiderstands (ohne Ton)

Versuchsvideo (mit Ton)

Übungen

Autor: Dr. Dietmar Karau, Foto: Cornelsen/Inhouse

Autor: Cornelsen/Inhouse, Bilder: Cornelsen/Inhouse

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Widerstand, Sensoren
Klassenstufen	7 bis 10
Wer experimentiert?	Schülerinnen und Schüler im Unterricht in Partner- oder Gruppenarbeit
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler können: den Zusammenhang zwischen Temperatur und elektrischen Widerstand für einen Heißleiter experimentell untersuchen ein Widerstand-Temperatur-Diagramm zeichnen die Wertetabelle und das Diagramm interpretieren
Zeitbedarf	45 min

Vorausgesetzte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler:

können den elektrischen Widerstand mit einem Multimeter messen.
können die Temperatur mit einem elektronischen Thermometer messen.
kennen die physikalische Größe elektrischer Widerstand (Bedeutung, Formelzeichen, Einheiten).

Materialliste

je Versuchsgruppe:

Heißleiterwiderstand (NTC)
3 Rührstäbe, Glas, 200 mm
3 Kabelbinder, klein
Lüsterklemme
2 Stücke Kupferdraht, dick
Schraubendreher
Heizplatte, 500 W
2 Stativklemmen
Stativplattenfuß, 210 x 130 mm
Stativstab mit Gewinde, 750 mm
Thermometer, digital, –40 °C bis +120 °C
Mini-Digital-Multimeter
Messbecher, 0,5 Liter
Kunststofflöffel, groß
2 Doppelmuffen
250 ml Crushed Ice
Becherglas, Borosilikatglas 3.3, HF, 100 ml
Becherglas, Borosilikatglas 3.3, NF, 250 ml
2 Abgreifklemmen, blank
Experimentierkabel, rot, 50 cm
Experimentierkabel, schwarz, 50 cm

Auf den Internetseiten von Cornelsen-Experimenta sind die Versuchsmaterialien bereits für eine schnelle und unkomplizierte Bestellung zusammengestellt.

Hinweise zur Vorbereitung

Alle Materialien (Geräte, Arbeitsblätter, Hilfeblätter, Protokollvorlagen) müssen für jede Versuchsgruppe bereitgestellt werden, zum Beispiel in Körben, auf Tabletts oder in Schalen. Die Befestigung des Heißleiterwiderstandes an einem Glasstab wird in einem Extra-Video ausführlich gezeigt. Für den Versuch sollte eine leistungsstarke Heizplatte gewählt werden. Ungünstig sind Heizplatten, die sich automatisch ein- und ausschalten. Der Messfühler des Thermometers soll das Becherglas nicht berühren. Heißleiterwiderstand und Messfühler sollten einen möglichst geringen Abstand haben.

Heißleiterwiderstände (NTC: negative temperature coefficient) sind im Elektronikfachhandel erhältlich. Oft druckt man den sogenannten Nennwiderstand R25 auf, d. h. den Widerstand der Bauteile bei 25 °C. In der Regel sind auf den zugehörigen Datenblättern die Widerstandswerte in Abhängigkeit von der Temperatur über eine weite Spanne angegeben, tabellarisch oder in Form einer Kennlinie.

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

Der Versuch beginnt üblicherweise mit der Fragestellung (Wie verhält sich eine Heißleiterwiderstand bei Temperaturerhöhung?) und dem Formulieren von Vermutungen (Je …, desto …).

Möglicher Versuchsablauf:

Bauelemente auf dem Tisch vorsortieren (entsprechend der Versuchsskizze)
Versuch aufbauen, durch die Lehrkraft kontrollieren lassen und in Betrieb nehmen
ab 0 °C jeweils nach jeweils 10 K den elektrischen Widerstand messen und die Werte im Messprotokoll festhalten
Ergebnisse protokollieren und den Versuch auswerten

Während des Versuchs muss ausgiebig umgerührt werden.

Passend zum Niveau der Schülerinnen und Schüler kann das Video auch als Hilfe für den Versuch eingesetzt werden oder abschließend als Zusammenfassung zu diesem Versuch gezeigt werden.

Hinweise zur Auswertung

Die Ergebnissicherung erfolgt im Anschluss der Versuche mit der Bearbeitung der editierbaren Protokollvorlage. Dabei wird anhand der Beobachtungen und Messungen erkannt, dass der elektrische Widerstand eines Heißleiters mit steigender Temperatur kleiner wird, aber nicht gleichmäßig abnimmt.

Die Messkurve (siehe Exceldatei) zur Versuchsdurchführung im Video weist bei 10 °C einen offensichtlich deutlich zu hohen Messwert aus. Hiervon ausgehend, können in der Diskussion mit den Schülerinnen und Schülern mögliche Messfehler thematisiert werden.

Messwerte

Messung	angezeigte Temperatur in °C	gerundete Temperatur in °C	angezeigter Widerstand in kΩ	gerundeter Widerstand in kΩ
1	0,1	0	18,52	19
2	10	10	16,25	16
3	20,1	20	8,11	8,1
4	30	30	5,77	5,8
5	40,1	40	4,54	4,5
6	50,1	50	3,2	3,2
7	60,1	60	2,29	2,3
8	69,9	70	1,59	1,6
9	80,1	80	1,32	1,3