TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 1 37 STÜTZKURS 2 AUFGABENSAMMLUNG 3 DRITTES LEHRJAHR. Kapitel 5

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1 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 1 1 Eine Glühbirne soll bei 6V und 300mA brennen. Sie haben aber nur ein Netzgerät mit 15V zur Verfügung. Wie gross muss der Vorwiderstand sein und welche Leistung verbraucht er? U = 9, 0 RV V = 30Ω R V P = 2,7 V W

2 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 2 2 Aus Kupferdraht wird eine Spule gewickelt mit 200 Windungen, jede Windung enthält durchschnittlich 20 cm Draht mit einem Durchmesser von 0,2 mm. Welchen Widerstand hat die Spule? A = 0, mm R = 22,47Ω 2

3 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 3 3 An einer Leitung zu einem 100 m entfernten Verbraucher (und zurück!) sollen höchstens 3V Spannung abfallen, wenn der Verbraucher 2,4A Strom aufnimmt. Welchen Querschnitt braucht diese Leitung mindestens, wenn man Bronze verwenden will? 2 R L = 1, 25Ω A = 4, 45mm 2

4 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 4 4 Als Dielektrikum für einen Kondensator verwendet man eine 4mm dicke Glasplatte mit einer aktiven Fläche von 0,1 m2. Der spezifische Widerstand von Glas beträgt ρ = Ω m. R = 400 MΩ a) Welcher Widerstand hat die Glasplatte? b) Welche Kapazität hat der Kondensator?

5 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 5 5 Von den Gleichungen mit zwei Unbekannten sind auf Zusatzblätter folgend Aufgaben zu Lösen: Nummer 3, 7, 12, 18, 32 Kapitel 4

6 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 6 Lösungen zu Aufgabe 5

7 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 7 6 Berechnen Sie a) die Spannung zwischen A und B der skizzierten Schaltung. b) die Spannung zwischen A und B, wenn die beiden Punkte verbunden werden. Durch diese Verbindung wird die Schaltung zur Brückenschaltung. c) den Strom zwischen A und B und bestimmen Sie die Richtung des Stromflusses durch die Verbindung. a) UAB=6,325V b) UAB=0V c) IAB=140,9mA

8 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 8 7 Alle Widerstände sind gleich gross. Auf welchen Wert steigt der Strom I, wenn der Schalter (S1) geschlossen wird? Die Lösungsfindung bzw. die Antwort ist mit einer Berechnung zu unterstützen. c) a) Auf das 2-fache b) Auf das 1,5-fache c) Auf das 3-fache d) Auf ein 1/3 e) Auf 2/3 des Stromes

9 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 9 8 Zwei Widerstände (25 W/230 V) und (100 W/ 230V) werden in Serie geschaltet und an 230 V angeschlossen. Welcher Widerstand nimmt die grössere Leistung auf? Die Antwort ist zu Begründen und mit einer Rechnung zu beweisen! a) a) Der Widerstand mit 25 W b) Beide Widerstände gleiche Leistung c) Der 100W Widerstand

10 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 10 9 Ein Koch braucht für die Erwärmung von einem Liter Wasser 7 Minuten. Wie lang dauert der Vorgang bei 5% Unterspannung? Fehlende Angaben sind selbständig zu wählen. 7,756 min. Lösung: Die Aufgabe ist mit wenigen Informationen beschrieben. Damit diese Aufgabe gelöst werden kann muss eine allgemeine Ableitung beschrieben werden. Die Beschreibung der Aufgabe bzw. des Lösungsweges erfolgt am Besten anhand der Situation vor und nach der Änderung:

11 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Erklären Sie einem Kunden, dass es sich lohnt, Strom zu sparen, indem Sie aufzeigen, wieviel Wasser vom 125 Meter höher gelegenen Stausee hinunter fliessen muss, um eine 100 W Glühlampe ein Jahr (365 Tage) lang, täglich einestunde zu betreiben. Der Gesamtwirkungsgrad von Turbine, Generator und Leitung beträgt 63%. Kapitel '089 dm 3 Lösung:

12 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite B Begründen Sie Ihre Antwort! Machen Sie eine grafische Darstellung von Spannung und Strom! Lösung:

13 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Zwei Kondensatoren sind mit einem 40kΩ Widerstand in Serie geschaltet. Die Kondensatoren sind nach 0,6 Sekunden geladen. Gesucht ist: CTot; U an C1; C1; C2 C Tot = 3µF U 1 = 40V C 1 = 6 µf C 2 = 6 µf

14 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Zeichnen Sie die fehlenden Grössen ein. a) Stromrichtung in der Spule (Kreuz oder Punkt in den vorbereiteten Kreisen)? b) Magnetfelder, welche durch den Strom in der Spule verursacht wird. c) Magnetfelder im Eisenkern. d) Magnetischen Pole im Eisen (N,S)? Lösung: S N X X X

15 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite B

16 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite C

17 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Die Verbrauchte elektrische Energie kann mit einem Energiezähler kontrolliert werden. a) Wie kann mit dem Zähler die angeschlossene Leistung berechnet werden (Zählerformel)? b) Zeichnen Sie das Anschluss-Schema eines ohmischen Verbrauchers, welcher über einen Zähler (genauer Innenbereich aufzeichnen) angeschlossen ist (Einphasiger Anschluss)! Lösung

18 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Für eine Baustelle wird eine Beleuchtung gemäss Schema installiert. a) Bestimme den Strom I2 auf der Unterspannungsseite des Transformators! b) Berechne den Strom I1 auf der Oberspannungsseite des Transformators! a) I 2 = 6, 9 4 A b) I 1 = 1, 25 A

19 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Welche Momentanwerte hat eine Wechselspannung mit $ U = 300V nach 0,02 s und 2 ms eines Nulldurchganges bei 50 Hz? Zeichnen Sie berechneten Momentanwerte in der unteren Grafik ein. u = 176, 3V u = 0V Prozentwerte [%] [%] P h a s e n w i i n k e l l [[ ]] Lösung: a) b)

20 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Welche Induktivität muss eine verlustfreie Spule aufweisen, wenn sie an 225 V 50 Hz angeschlossen ist und einen Strom von 18 ma aufnimmt? L = 39, 8H

21 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Berechnen Sie für eine Temperaturdifferenz von 50 C und einen Wirkungsgrad von 94% die notwendige Leistung für die Aufheizung von 100 Liter Boilerwasser bei Aufheizzeiten von 4, 6 und 8 Stunden! (c=4,19kj/kgk) Lösung Kapitel 7 4 Std. P 1, 5 kw 6 Std. P 1, 0 kw 8 Std. P kw Die Leistungen gelten als Richtwerte für 100 Liter Wasser zu erwärmen! P P P 1, 5 kw 1, 0 kw Stunden Aufheizzeit 6 Stunden Aufheizzeit kw 8 Stunden Aufheizzeit

22 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Eine Glühlampe hat bei einer Spannung von 125V eine Leistung von 60W. Damit sie am 220V-Netz betrieben werden kann, wird eine 2. Lampe mit den Daten 220V/100W in Serie geschaltet. Welche Spannungen und Leistungen weisen die beiden GIühlämpen im Betrieb auf? Was kann zu dieser Lösung gesagt werden? Lösung GL125V U=77,1V, P=22,8W GL220V U=143,3V, P=42,4W Glühlampe 125V U=77,1V, P=22,8W Glühlampe 220V U=143,3V, P=42,4W Schwache Beleuchtung, da Glühlampen im unterenen Leistungsbereich fast kein Licht abgeben.

23 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Wie gross ist der Leistungsverlust einer Anlage, wenn die aufgenommene Leistung 12kW und der Wirkungsgrad 76% beträgt? Kapitel 6 P=2,88kW

24 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Welche Energiekosten entstehen durch eine 60W-GIühlampe im Monat (30 Tage), wenn sie jeden Tag durchschnittlich 5 Stunden eingeschaltet ist und der Energiepreis 18Rp./kWh beträgt? K=1,62 Fr.

25 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite B Begründen Sie Ihre Antwort!

26 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Berechnen Sie a) die Gesamtkapazität b) die fehlenden Einzelkapazitäten c) die fehlenden Teilspannungen C = 1,5 µf C 1 = 10µF C3 = 2, 5µ F U2 = 25V U3 = 60V Lösung: a) QT 150 µ C C T = = = U 100V 1,5 µf T b) Q1 Q C 1 = = T 150 µ C = = U1 U 1 15V 10 µf Q3 Q C 3 = = T 150 µ C = = U 60V 2,5 µf 3 U 3 c) Q2 Q U 2 = = T 150 µ C = = C 6 µ F 25V 2 C 2 U U U = 100V 15V 25V = 60V 3 = 1 U 2

27 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Eine Spule hat eine Induktivität von 1,8 H und ist an einer Wechselspannung 50 Hz angeschlossen. Welchen Blindwiderstand hat die verlustfreie Drosselspule? X L = 565, 5Ω

28 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Eine Spule mit einem ohmischen Widerstand von 15 Ω liegt an einer Spannung von 100 V 50 Hz. Die Stromaufnahme beträgt 2,5 A. Gesucht sind: Z, L cosϕ ϕ,,. Z = 40Ω L = 11 8 m H cos ϕ = 0, 375 ϕ = 68

29 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite In einem Boiler werden 150 Liter Wasser von 15 C auf 60 C erwärmt. Nach der Zählerablesung wird dazu eine Energie von 9,5 kwh benötigt. Welchen Wirkungsgrad hat der Wassererwärmer? c kj kgk ( W = 4, 19 / ) Kapitel 7 η = 82 7, % 0,8269 Lösung:

30 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite In einer Gemeinde steht eine Wasserkraftanlage mit einem mittleren Volumenstrom von 1 m3/s und einer Fallhöhe von 15 m zur Verfügung. Welche tägliche Energiemenge in kwh kann bei voller Ausnützung produziert werden, wenn für Verluste 25% in Abzug zu bringen sind? W Kapitel 6 = 2648, 7 kwh Lösung:

31 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Erklären Sie einem Kunden, dass es sich lohnt, Strom zu sparen, indem Sie aufzeigen, wieviel Wasser vom 125 Meter höher gelegenen Stausee hinunter fliessen muss, um eine 100 W Glühlampe ein Jahr (365 Tage) lang, täglich einestunde zu betreiben. Der Gesamtwirkungsgrad von Turbine, Generator und Leitung beträgt 63%. Kapitel '089 dm 3 Lösung:

32 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Ein elektrischer Lötkolben hat einen Widerstand von 600Ω und ist während 12 Minuten an 225V angeschlossen. Wie gross ist die Energieaufnahme? Ws 16,9Wh= 0,0169kWh

33 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Eine Last von 700 kg ist in der Zeit von 1 Minute um 15 m anzuheben. Das Getriebe hat einen Wirkungsgrad von 92%. Wie gross ist die Leistung des Motors? Kapitel W Lösung:

34 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Wie gross ist die Gesamtkapazität der nachfolgenden Schaltung? CT = 23,94 µf 10µ F C 1 6µ F C 2 5µ F C 4 7µ F C 5 10µ F C 6 4µ F C 3 Bild 2.1 Lösung 1 1 C T 1 = = = C C C 10µ F 6µ F 4µ F 1,935 µf 1 C = CT1 + C4 + C5 + C6 C T = 23,94 µf 2 3 = C T = 1,935 µ F + 5 µ F + 7 µ F + 10 µ F T =

35 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite In welche Richtung wird die Drahtschleife abgelenkt? Bestimmen Sie zusätzlich: a) Magnetfeldlinien in der Leiterschleife? b) Magnetfeldlinien im Dauermagneten? Lösung:

36 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Eine Wechselspannung mit f=50hz hat eine Amplitude von 230 V. In welchen Zeiten stellt sich ein Momentanwert von 25 V ein? ϕ T t = 360 t = 0, 35 ms Lösung:

37 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Von der gegebenen Schaltung sind folgende Werte bekannt: U = 220 V f = 60 Hz ; ; I = 70 ma ; C F 1 = 4µ ; C3 = 6µ F E sind zu bestimmen: a) Gesamter kapazitiver Blindwiderstand! b) Teilblindwiderstände! c) Kapazität C 2 d) Teilspannungen an den Kondensatoren! a) X C = 3142, 8kΩ b) X C1 = 663Ω X C3 = 442 Ω X C2 = 2, 035kΩ c) C2 = 1, 3µ F d) U = C 1 46,42V U = C 2 142, 6V U3 = 30,95V

38 TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite Vergessen Sie nicht die Formeln in Ihrem Hilfsmittel nach zu bearbeiten. Aus dem Brandenberg sindn folgende Aufgaben zu bearbeiten: 1.25, 1.34, 1.35, 1.36, 1.43, 1.46, 1.67, 1.84, 1.105, 1.123, 1.131, 1.142, 1.143, 1.151, 1.161, 1.201, 1.204, 1.207, 1.213, 1.223, 1.231, 1.246, 1.255, 1.264, 1.277, 1.278, , 4.2, 4.12, 4.25, 4.41, 4.51, 4.52, 4.71, 4.97, 4.182, 4.201, 4.209, 4.216, 4.231, 4.238, 4.247, 4.255, 4.259, 4.301, 4.308, 4.311, 4.314, 4.320, 4.341, , 5.40, , 7.32, 7.51, 7.72, Kapitel 6 Kapitel 7 Die anderen Kapitel sind im Lösungsprozess eingebunden. Sie sind im Besitz eines Lösungssatzes der Aufgaben aus dem Rechnungsbuch. 8.16, 8.123, 8.221, 8.595, 8.598, 8.717

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