Gute und schlechte Leiter

In den vorherigen Versuchen hast du untersucht, ob Stoffe den Strom leiten oder nicht. Die Einteilung in Leiter und Isolatoren ist aber sehr grob. Es gibt Stoffe, z. B. Metalle, die den Strom sehr gut leiten, andere Stoffe leiten den Strom schlecht, und manche Stoffe leiten so gut wie keinen Strom (Isolatoren).
So leitet zum Beispiel auch Erde etwas den Strom, allerdings konntest du dies beim bisherigen Versuchsaufbau nicht zeigen. Man benötigt eine Schaltung, die auch schon kleine elektrische Ströme nachweisen kann. Wir verwenden dazu eine Verstärkerschaltung und benötigen dazu ein kleines elektronisches Bauteil, den sogenannten Transistor.

Funktionsweise eines Transistors

Ein Transistor hat drei Anschlüsse, die Basis, Kollektor und Emitter heißen. Der Emitter wird einfach mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden. Am Kollektor schließen wir ein Lämpchen oder eine LED mit Vorwiderstand an, die mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden sind. Das Lämpchen bzw. die LED leuchtet dabei nicht. Der Transistor wirkt wie eine Stromsperre.
Der dritte Anschluss, die Basis, steuert nun, ob ein Strom zwischen Kollektor und Emitter fließen kann oder nicht. Dazu muss die Basis mit dem Pluspol über einen Widerstand verbunden werden. Schon bei einem sehr kleinen Strom, der in die Basis fließt, wird eine leitende Verbindung zwischen Kollektor und Emitter hergestellt. Der Transistor wirkt also wie ein Stromverstärker.
Die kleine Animation1) zeigt ein Modell für einen Transistor.

Ein kleiner Wasserstrom von links öffnet über einen Hebelmechanismus ein Ventil für einen großen Wasserstrom.
Hier siehst du das Schaltbild eines Transistors und ein Foto eines Transistor. Achte auf die Anordnung von Basis, Kollektor und Emitter (B=Basis, C=Kollektor, E=Emitter)

Versuch - Grundschaltung

Du benötigst:

  • Steckbrett
  • Batterie und Battericlip
  • 1 LED mit Vorwiderstand 470Ω
  • 1 Transistor
  • 1 Widerstand 470Ω oder 1000Ω (=1kΩ)
  • 2 längere Stücke Draht
  • destilliertes Wasser
  • verschiedene Materialien (z. B. Erde, Holz, Radiergummi, Kunststoffdeckel einer Flasche)
  • 1 Blatt Papier
  • Bleistift

Versuchsbeschreibung

Mit Hilfe der folgenden Verstärkerschaltung kannst du minimale elektrische Ströme nachweisen. Damit ist es also möglich auch schlechte Leiter zu untersuchen.

Schaltplan


Der Widerstand vor der Basis ist notwendig, da ein zu großer Steuerstrom durch die Basis den Transistor zerstören würde.

Abbildung der Schaltung


Reihenfolge der Anschlüsse des Transistors von links nach rechts: Kollektor, Basis, Emitter.

Aufgaben und Fragen

  • Baue die Schaltung mit Hilfe des Schaltplans und der Abbildung auf. Achte vor allem auf den richtigen Anschluss des Transistors. Die abgeflachte Seite zeigt im Steckbrett nach unten. Vergiss nicht den Widerstand vor der Basis! An die Anschlüsse A und B wird der zu untersuchende Körper angeschlossen.
  • Untersuche Körper, die bei der vorherigen Messung keine Stromleitung zeigten (z. B. destilliertes Wasser, Erde, Holz)
  • Fasse mit der rechten Hand den Kontakt A, mit der linken Hand den Kontakt B an. Was beobachtest du? Was bedeutet das?
  • Bilde eine Menschenkette mit deinen Mitschülern, indem ihr euch an den Händen fasst. Der erste bzw. letzte Schüler der Kette hat den Kontakt A bzw. B in seiner freien Hand. Bei wie vielen Schülern der Kette ist noch ein Strom nachweisbar. Wie verändert sich das Ergebnis, wenn ihr eure Hände etwas mit Leitungswasser befeuchtet (schwitzende Hände haben die gleiche Wirkung).
  • Ordne folgende Materialien nach ihrer Leitfähigkeit von nicht leitend bis hin zu gut leitend: Eisen, Holz, Mensch, Leitungswasser, Porzellan, destilliertes Wasser, Kupfer, Radiergummi. Falls du unsicher bist, findest du im Internet unter dem Begriff „Leitfähigkeit“ weitere Informationen. Schreibe deine Ergebnisse in dein Heft!
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aus Wikipedia von Stefan Riepl
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