10. – 13. Schuljahr

von Christopher Kurth

Messung von Äquipotentiallinien im elektrischen Feld

Material
  • Batterie (9 V) inklusive Anschlusskabel
  • Spannungsmessgerät
  • 3 Experimentierkabel
  • Kabel mit Messspitze
  • 5 Krokodilklemmen
  • zwei Abschnitte eines Lochbandes (jeweils etwa 15 cm)
  • DIN-A4-Karopapier
  • Haushaltspapier
  • Wasser
  • wasserfester Folienstift
Vorbereitung
Die beiden Lochbandabschnitte werden mithilfe einer Zange in die gewünschte Form gebogen. Damit die Abschnitte ohne zusätzliche Haltevorrichtung auf der Seite stehen können, sollten die Enden etwa im rechten Winkel umgebogen werden (s. Abb. 1 ). Beim Herstellen der Lochbandabschnitte empfiehlt es sich, die Bruch- bzw. Schnittkanten der einzelnen Abschnitte mit einer Feile abzufeilen, um scharfe Kanten zu beseitigen.
Aufbau
Das Haushaltstuch und das Karopapier werden kurz in Wasser getränkt und übereinander auf eine Unterlage oder den Tisch gelegt (s. Abb. 1). Das Haushaltspapier dient als „Wasserspeicher, während Punkte gleichen Potentials auf dem Karopapier übersichtlich markiert werden können. Darauf werden die Lochbandabschnitte platziert. Jeder der Abschnitte wird unter Verwendung der Krokodilklemmen an jeweils einen Pol der Batterie angeschlossen. Ein Anschluss des Spannungsmessgeräts wird mit dem negativen Lochbandabschnitt verbunden. An den anderen Anschluss wird die Messspitze angeschlossen.
Durchführung
Um den Verlauf der Äquipotentiallinien sichtbar zu machen, wird die Messspitze an einen beliebigen Punkt zwischen den Lochbandabschnitten gehalten und die Spannung abgelesen. Dieser Punkt wird mit einem Kreuz markiert (z.B. mit einem wasserfesten Folienstift). Anschließend werden im Umkreis von etwa 1 cm Punkte gesucht, die das gleiche Potential aufweisen. Nachdem diese markiert wurden, dienen sie als neue Ausgangspositionen.
Mehrfaches Wiederholen dieses Vorgehens für verschiedene Spannungswerte macht den Verlauf der Äquipotentiallinien sichtbar.
Auswertung
Je nach Form der Lochbandabschnitte entstehen unterschiedliche Potentialverläufe (s. Abb. 2a – c ). Ist der Verlauf der Feldlinien bekannt (z.B. aus dem Grieskornversuch), liefert dieser Versuch die Erkenntnis, dass die Feldlinien stets senkrecht auf den Äquipotentiallinien stehen.
Tipps und Hinweise
  • Der Versuch funktioniert auch ohne das Haushaltstuch. Wird dieses nicht verwendet, trocknet das Karopapier jedoch schneller und es ergeben sich ungenaue Messwerte.
  • Wird die Messpitze durch das Karopapier gestochen, sodass die Spitze das Haushaltstuch berührt, ergeben sich die genauesten Werte.
  • Beim Platzieren der Lochbandabschnitte ist darauf zu achten, dass sie auf ihrer gesamten Breite Kontakt zum Papier haben. Dies kann durch die Variation der Platzierung der Krokodilklemme erreicht werden.

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