Graphit 2B Widerstand

Easy · 15 min · Fast kostenlos

Ziel & Lerninhalt

Nutze die Leitfähigkeit von Graphit auf Papier, um einen variablen Widerstand zu bauen.

  • Leitfähigkeit von Graphit verstehen
  • Spannungsteiler-Prinzip lernen

Erklärung & Wissen

Basic

Graphit ist das Material in der Mine deines Bleistifts. Da es reiner Kohlenstoff mit frei beweglichen Elektronen ist, leitet es Strom, aber viel schlechter als Metall. Wenn wir mit einem weichen Bleistift (z. B. 2B) eine Linie auf Papier zeichnen, lagern sich die Kohlenstoffpartikel auf dem Papier ab. Je länger diese Linie ist, desto schwieriger haben es die Elektronen, hindurchzufliessen – der Widerstand steigt.

Medium

Indem wir zwei Klemmen an unterschiedlichen Punkten der gezeichneten Graphitlinie ansetzen, können wir einen Spannungsteiler aufbauen. Wenn wir eine Klemme fest am Anfang der Linie montieren und mit der anderen Klemme entlanggleiten, verändern wir kontinuierlich die effektive Widerstandslänge. ProtoPeaks Mainboard erfasst am analogen Pin die sich ändernde Teilspannung, die durch den Analog-Digital-Wandler in digitale Werte umgerechnet wird.

Expert

Physikalisch nutzen wir das Prinzip des spezifischen Widerstands (R = rho * l / A). Die Länge l variiert beim Entlanggleiten. Der spezifische Widerstand rho von Graphit liegt bei etwa 1.3 * 10^-5 Ohm-Meter. Da die Schichtdicke A der Bleistiftlinie extrem gering und unregelmässig ist, ist der Gesamtwiderstand der Bahn sehr hochohmig (oft im Megaohm-Bereich). Um stabile Analogwerte ohne Rauschen zu messen, muss der Eingangswiderstand des analogen Pins extrem hoch sein, da sonst der Messstrom das Messergebnis verfälscht.

Fun Fact

Mit diesem Prinzip kannst du dein eigenes Papier-Klavier bauen! Zeichne einfach mehrere Graphit-Tasten auf Papier, verbinde sie als Tasten und spiele Musik über dein Mainboard.

Spezifischer Widerstand
Eine Materialkonstante, die angibt, wie gut oder schlecht ein Stoff Strom leitet – unabhängig von der Form. Formel: $R = \rho \cdot l/A$ – Länge $l$ erhöht den Widerstand, Qürschnitt $A$ senkt ihn. Kupfer: $\rho \approx 1{,}7 \times 10^{-8}\,\Omega\,\mathrm{m}$ (sehr gut leitend). Graphit: $\rho \approx 10^{-5}\,\Omega\,\mathrm{m}$ (ca. 600× schlechter als Kupfer – ideal für einen messbaren Widerstand auf Papier).
Graphitgitter
Die wabenförmige Schichtstruktur im Bleistift, die Graphit elektrisch leitfähig macht. Graphit besteht aus gestapelten Graphen-Schichten. In jeder Schicht bilden Kohlenstoffatome Sechsecke – ein freies Elektron pro Atom kann sich darin bewegen und Strom tragen. Senkrecht zu den Schichten leitet Graphit fast nicht. Deshalb hängt der Widerstand einer Bleistiftlinie stark von der Schichtdicke und Ausrichtung ab.
Übergangswiderstand
Der Widerstand, der an jeder Kontaktstelle zwischen zwei Leitern entsteht – auch wenn beide gut leitend sind. Jede Berührungsfläche ist mikroskopisch rau – der echte elektrische Kontakt findet nur an wenigen winzigen 'Inseln' statt. Das ergibt einen Zusatzwiderstand, der bei Krokodilklemmen auf Graphit leicht im kΩ-Bereich liegt. Fest andrücken und große Kontaktfläche wählen minimiert ihn deutlich.
Potentiometer
Ein variabler Widerstand mit drei Anschlüssen – der mittlere Abgriff teilt die Spannung im einstellbaren Verhältnis. Genau das ist deine Graphitspur mit gleitender Klemme: Ein Ende liegt an VCC, das andere an GND, der Schleifer greift die Spannung dazwischen ab. $U_{out} = U_{in} \cdot x/L$ – linear zur Position. Professionelle Potentiometer bestehen aus Kohleschicht oder Drahtwicklung, funktionieren aber nach demselben Prinzip.

Praktischer Versuch: Graphit 2B Widerstand

Baue eine funktionierende Schaltung auf, um Graphit 2B Widerstand hautnah zu visualisieren und zu testen.

  • Papier
  • Bleistift 2B oder weicher
  • Krokodilklemmen
  • Multimeter/Arduino

  1. Graphit-Fläche zeichnen

    Zeichne eine dicke, schwarze Linie auf das Papier.

    Check: Dicke Linie gezeichnet

    Tipp: Je weicher der Bleistift, desto besser die Leitfähigkeit.

  2. Messung vorbereiten

    Setze eine Klemme an den Anfang der Linie und fahre mit der zweiten Klemme die Linie entlang.

    Check: Klemmen verbunden

Schließe das Papier in einen Spannungsteiler-Schaltkreis ein.

int val = analogRead(A0);
  • Werte springen stark — Achte auf festen Kontakt der Klemmen.

Kurzzusammenfassung

Graphit leitet Strom. Eine Bleistiftlinie auf Papier verhält sich wie ein variabler Widerstand (Potentiometer), dessen Wert von der Länge und Dicke der Linie abhängt.

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