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Carl-Engler-Schule Karlsruhe Technisches Gymnasium
Lösungen Grundgrößen Elektrotechnik UT
16
Übungen gemischte Schaltungen
16. 1
Aufgabe Gemischt 1 (Labor)
I1
a) Berechne alle Ströme und Spannungen und messe diese nach! 1 1 1 = → R23 = 1, 939kΩ R23 R2 R2 Rges = R1 + R23 = 4, 139kΩ
Uges Iges= =2, 416mA=I1 Rges
R1 2, 2kΩ Uges 10V
U1
I2 U2 R2 4, 7kΩ
I3 U3 R3 3, 3kΩ
U1 = R1 * I1 = 5, 32V U2 = U3 = Uges – U1 = 4, 68V
I2=
U2 =0, 996 mA R2
I3=
U3 =1, 42mA oder I3 = I1 – I2 = 1, 42mA R3
b) Wie ändern sich I1 und U2, wenn zu R3 ein 1 kΩ-Widerstand parallel geschaltet wird? Kombination mehrerer Federn - Maschinenelemente 2. Messung und Begründung (Wirkungskette). 1kΩ parallel zu R23 → R234 ↓ → Rges ↓ → I1 = Iges ↑ → U1 ↑ → U2 ↓ In Worten: Durch die Parallelschaltung eines 1kΩ-Widerstandes zu R23 erniedrigt sich der sich daraus ergebende Widerstand R234. Daher sinkt auch Rges (R1+R234). Der Gesamtstrom steigt (Iges = Uges / Rges) und der Spannungsabfall am Widerstand R1 steigt ebenfalls (UR1 = R1 * Iges).
Berechnung Von Schaltungen | Leifiphysik
Belastung einer Parallelschaltung Verschiebung in einer Parallelschaltung Nachdem wir nun die Kräfte in unsere Abbildung eingezeichnet haben, gilt es noch die Verschiebung $ S $ in der Abbildung zu ergänzen. Verschiebung in einer Parallelschaltung Gesamtfedersteifigkeit einer Parallelschaltung Bei der Parallelschaltung von Federn gilt: $ F_{ges}= F_1 + F_2 + F_3 = \sum F_i $ und $ S = S_i $ Merke Hier klicken zum Ausklappen Bei einer Parallelschaltung von Federn setzt sich die Gesamtbelastung $ F_{ges} $ additiv aus den Teilbelastungen der einzelnen Federn zusammen, jedoch ist die Gesamtverschiebung $ S $ gleich der Verschiebung jeder einzelnen Feder. Berechnung von Schaltungen | LEIFIphysik. Aus diesen Gesetzmäßigkeiten ergibt sich für die Gesamtfedersteifigkeit des Systems $ C_{ges} $: Methode Hier klicken zum Ausklappen Gesamtfedersteifigkeit: $ C_{ges} = \frac{F_{ges}}{s} = \sum C_i $ Wie man aus der Gleichung lesen kann, werden die Einzelfedersteifigkeiten $ C_i $ aufsummiert, um die Gesamtfedersteifigkeit zu bestimmen. Reihenschaltung von Federn In der nächsten Abbildung siehst du eine typische Reihenschaltung von Federn.
Kombination Mehrerer Federn - Maschinenelemente 2
Wie groß ist in diesem Fall die Klemmenspannung am Akku? Fertigen Sie eine Schaltungsskizze an. U Ri
Rges =Ri +Ra =0, 05 Ω+0, 3 Ω=0, 35 Ω
Ri
U 12V I= 0 = =34, 29 A R ges 0, 35 Ω
I
U0
Ua =Ra∗I=0, 3 Ω∗34, 29 A=10, 29 V
Ua
Ra I
Das Auto mit obiger Batterie wurde schon lange nicht mehr gefahren und es ist kalt. Ersatzschaltbild Akku Der Innenwiderstand ist auf 150 mΩ mit angeschlossenem Anlasser angestiegen. Gemischte schaltungen aufgaben mit lösungen. Der Fahrer hat beim Starten fälschlicherweise die Lichtanlage des Autos (Gesamtwiderstand 1, 0Ω) eingeschaltet. 2 Kann damit der Anlasser noch ordnungsgemäß betätigt werden, wenn dieser eine Mindestspannung von 9, 0 V benötigt? 1 R aLicht
URi
1 1 1 1 + = + Ra RLicht 0, 3 Ω 1Ω
RaLicht =0, 2308 Ω RGes=RaLicht +R i=0, 15 Ω+0, 2308 Ω
RGes =0, 3808 Ω
RLicht
U0 12V = =31, 51 A RGes 0, 3808Ω
Ersatzschaltbild Akku mit Anlasser und Lichtanlage → Ua =RaLicht ∗I=0, 2308Ω∗31, 51 A=7, 27 V I=
Die Spannung sinkt auf 7, 27V. Der Anlasser wird nicht mehr ordnungsgemäß funktionieren. 16. 10
Entladung des Autoakkus mit der Lichtanlage Die Autolichtanlage (120W/12V) ist an den Akku (12V; Innenwiderstand Ri = 0, 010Ω; Ladung 45Ah) des Autos angeschlossen.
IR
IR = 2 * 166mA = 332mA UR = 15V – UL = 3V
Rv=
Rv
15 V
UR IL2=160mA
IL1=160mA L1
L2 UL=12V
UR =9, 04 IR
Pv = UR * IR = 0, 996W ein 1/2W-Widerstand ist nicht ausreichend. c) Was passiert, wenn eine Lampe defekt ist? Gib eine Erklärung. Für eine Lampe braucht man einen Widerstand von
3V =18, 75 160mA
Daher ist der vorhandene Widerstand zu klein, die Lampe erhält einen zu großen Strom, und an ihr liegt eine zu große Spannung an. Seite 2
16. 4
Aufgabe Gemischt 4
a) Welche 7 Gesamtwiderstandswerte lassen sich aus 1 bis 3 gleichen 1kΩ-Widerständen durch beliebige Reihen- und Parallelschaltung herstellen? Fertige 7 kleine Schaltungsskizzen an und berechne jeweils die Gesamtwiderstände. b) Zeichne bei allen Widerständen von a) die Größe der anliegenden Spannungen und die Größe der fließenden Ströme ein. Die Gesamtspannung beträgt in allen Fällen 10V.
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