Dimensionierung von Graphit als Heißleiter im Exp

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,

Ich habe vor bei mir im Physikunterricht den elektrischen Widerstand einzuführen. Dazu möchte ich kaltleiter, Heißleiter gegenüberstellen. z.B. Eisen, Konstantan und Graphit.

Ich habe mit Graphit ein wenig Experimentiert. Dazu habe ich 0.5mm (im Durchmesser) Bleistiftminen genommen. Diese leiten allerdings so gut, das ab ca. 2 V ein Strom von 0,8A fließt und die Minen sich in Luft auflösen.

Damit die Schüler allerdings gut die Unterschiede zwischen den einzelen Leiterarten erkennen können, bräuchte ich allerdings einen Heißleiter, dessen Widerstand zumindest so groß ist, das dieser Spannungen bis 7V verträgt. [Die Schüler können nur unsere Standardnetzteile nutzen, da sie das Experiment selbst planen und durchführen sollen und Spannungsteiler noch nicht kennen. Daher kommt der große Messbereich.]

Meine Frage lautet: WIe muss ich die Mine dimensionieren, damit das klappt? Hat jemand Erfahrungen damit? Und wo bekomme ich diese (Spezial-)Minen.

Ich hoffe ich konnte mein Problem deutlich machen.
Mit Graphit habe ich vorher nie Experimentiert und habe deswegen in diesem Bereich leider wenig Erfahrung.

Vielen Dank für eure Antworten.

#2

Ich empfehle, das Experiment mit einem mehrere Zentimeter langen Bleistiftstrich mit einem weichen Bleistift auf einem Stück Karton zu versuchen. Die Zuleitungskontakte kann man mit 2 Messingschrauben mit Unterlegscheiben herstellen. Länge und Breite des Striches bestimmen dann den Widerstandswert.

Eine andere Lösung wäre, im Elektronik Bastelgeschäft zu versuchen einen Kohleschichtwiderstand zu kaufen. Der Widerstandswert könnte etwa 50 bis 100 Ohm betragen, damit das Bauelement bei 7 Volt schon merklich warm wird.

#3

Hallo,
Bleistiftminen sind kein Graphit sondern Tongraphit; je nach Härtegrad ist mehr oder weniger Graphit enthalten. (Je mehr Graphit umso weicher.)
Es gibt zig Sorten Graphit die allesamt unterschiedliche Widerstände haben.
Welche Abmessung soll bzw kann maximal/minimal denn Dein „Leiter“ haben und wie viele benötigst Du denn.
Wenn Du mir Deine Adresse gibst schicke ich Dir etwas passendes.
Gruss

#4

Vielen Dank für die Antwort.
Das mit dem unterschiedlichen Graphitanteil und dem dadurch veränderen Widerstand habe ich inzwischen auch rausgefunden. Ich bin mal mit dem Multimeter in den Zeichenladen und habe verschiedene Minen im kalten Zustand durchgemessen. Diese haben einen Durchmesser von 0,5mm und eine länge von ca. 6cm.

Kalt haben diese folgenden Widerstand:

Mine HB : ca 4 Ohm
Mine 2H : ca 10 Ohm
Mine 3H : ca 14 Ohm

Doppelseitig angespitzter Bleistift 5H ca. 17,5cm lang, Durchmesser der Mine unbekannt: ca 100 Ohm.

Damit die Messwerte gut in einem Diagramm mit Konstantan und Eisen verglichen werden können, müsste der maximale Strom bei 7V ca. 0,3A betragen, der Leiter also einen Widerstand von ca 25 Ohm haben.
Eine Mine mit 2H 10-15cm lang müsste also ausreichen.
Wenn R ~ l auch bei Graphit.

Insgesamt bräuchte ich so 6 Stück.
Scheinen meine Messungen den Plausibel?
Falls du hier was passendes für mich hast komme ich gerne auf dich zurück :wink:

Ich melde mich bei neuen Ergebnissen.

#5

Ja, das Experiment habe ich nach einiger Recherche auch gefunden. Es gefällt mir sehr gut, nur leider passt es in dieser Form nicht in die Unterrichtsstunde.
Die Schüler stellen verschiedene Leiter gegenüber und bestimmen deren Kennlinien. Im Auge der Schüler ist eine aufgemalte Graphitschicht erstmal kein „Leiter“. Es ist mein Examensunterrichtsbesuch und da bedarf es dann zu viel Erklärung warum ein Bleistiftstrich äquivalent zu einem Konstantandraht ist.

Die Idee mit dem Kohleschichtwiderstand finde ich auch gut. Da habe wir auch ein paar in der Sammlung. Nur auch hier ist es leider so, dass die Schüler da nicht hinein schauen können und sich die Funktionsweise nur über Texte erschließen könnten. Eine - zwischen zwei Krokoklemen eingespante Bleistiftmine - ist einfach selbsterklärender.
Ich werde über diesen Ansatz nochmals nachdenken, aber auch hier scheint mir der Lösungsweg zwar geeignet allerdings nicht gangbar im Unterricht.

Vielen, vielen Dank für deine Gedanken.

#6

Bei dem Kohleschichtwiderstand kann man die Lackschicht mit Azeton oder einem weniger agressiven Lösungsmittel ablösen. Dann sieht man direkt die (Meistens gewendelte) Kohleschicht zwischen den beiden Anschlußkappenaus Metall. Das ist doch nichts anderes als ein „aufgewickelter“ Bleistiftstrich!

#7

So nach dutzenden Messreihen hier mein Ergebnis.
Am Besten funktionierts mit den Bleistiften der berühmten großen Firma die für Künstler Bleistifte herstellt.
Bleistift der Stärke HB. Den Bleistift auf beiden Seiten angespitzt und mit Krokoklemmen angeklemmt. (Alternativ Krokoklemmen in Keramikrillenisolatoren einspannen. So kann der Bleisitft besser sichtbar postiert werden.)
Spannungs- und Strommessgeräte entsprechend verkabeln und Messen. Messbereiche: Spannung 0-11V und Strom 0-1,15A.
Hier meine Messreihe:[Spannung in V;Strom in A]
{[0,5;0,04],[1;0,08],[2;0,16],[3;0,26],[4;0,34],[5;0,44],[6;0,53],[7;0,63],[8;0,73],[9;0,86],[10;0,97],[11;1,15]}
Der Effekt des Heißleiters ist jetzt nicht so deutlich, aber insbesondere bei den letzten drei Messwerten doch erkennbar.

Euch vielen nochmals vielen Dank für eure Gedanken.
Beste Grüße
petrucci_fan

#8

Hallo,
so dünne Stäbe machen in echtem Graphit keinen Sinn.
Ich könnte Dir Stäbe besorgen mit Durchmesser ca. 3-5 mm und der gewünschten Länge. Kannst Du die dann einspannen ? Wenn ja - bitte Adresse.
Übrigens - wenn Du zu heiss wirst (aber erst oberhalb ca. 1500°C) steigt der Widerstand wieder an.
Gruss
Ich glaube der Effekt wird dann

#9

Ich habe leider auch keine Erfahrung mit Graphit, aber ich würde vorschlagen sie schalten soviele Bleistiftminen parallel bis sie sich nicht mehr in Luft auflösen.