Prüfungsvorbereitung 2015: Elektrotechnik

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1 Prüfungsvorbereitung 2015: Elektrotechnik!Energieformen 1.) Schreiben Sie die entsprechende Energieform hinein. elektrische Energie Glühbirne Strahlungsenergie Wärmeenergie Elektromotor Generator Turbine Photovoltaikanlage Automotor Batterie Akkumulator 1

2 !Ohmsches Gesetz 2.) Welches Resultat ist richtig? Setzen Sie vor die richtigen Resultate ein Häkchen. U =12kΩ 6mA = 72V U = 5MΩ 3µA =15kV R = 28kV 3.5A = 800Ω R = 625V 50mA =12.5MΩ I = 8mV 1.5kΩ = 51 3 ma I = 1, 025kV 12.5Ω = 0.082kA!Leiterwiderstand 3.) Berechnen Sie die fehlenden Grössen der folgenden Leiterwiderstände. spez. Widerstand ρ Drahtdurchmesser Drahtquerschnitt Leiterlänge Leiterwiderstand a) Kupfer 0.1mm m... b) Aluminium m Ω c) mm m Ω d) Gold 0.25mm Ω 2

3 4.) Berechnen Sie die fehlenden Grössen. Ohmscher Widerstand (Ω) Leitwert (S) 3kΩ S spezifischer Widerstand ρ Ωmm 2 m Leitfähigkeit γ m Ωmm !Atomlehre 5.) Lesen Sie aus der obigen Periodentafel die folgenden Werte des Germaniumatoms heraus. Anzahl der Protonen... Anzahl der Valenzelektronen... Anzahl der Elektronen... Anzahl der Elektronenhüllen... Anzahl der Neutronen... 3

4 !Temperatureinfluss auf den Leiterwiderstand elektrischer Leiter 6.) Eine Spule mit Kupferdraht hat bei 20 C einen Widerstand von 125Ω. Wie hoch ist der Widerstand, wenn die Betriebstemperatur 75 C beträgt? 7.) Um welche Leiter handelt es sich? - Der Widerstand steigt mit zunehmender Temperatur Der Widerstand sinkt bei zunehmender Temperatur Der Widerstand ändert sich kaum bei Temperaturänderung ) Nennen Sie je eine Anwendung der folgenden Leiterarten. Heissleiter: Kaltleiter: Temperaturunabhängige Leiter:

5 !Widerstandskombinationen 9.) Berechnen Sie jeweils den Ersatzwiderstand. 180Ω 1.2kΩ 820Ω 180Ω 1.2kΩ 820Ω 180Ω 820Ω 1.2kΩ 180Ω 820Ω 820Ω 5

6 10.) Die Widerstandskombination liegt an einer Spannung von 25V. R1 180Ω R3 820Ω R2 1.2kΩ Berechnen Sie die folgenden Grössen: U R1... U R2... U R3... I R1... I R2... I R3... I total... 6

7 !elektrische Leistung / elektrische Energie / Kostenberechnungen 11.) Ein 2kW-Elektroofen ist an 230V angeschlossen. Welchen Strom verbraucht er auf der höchsten Stufe? 12.) Ein Widerstand hat die folgenden Werte: P max. : 25W / R: 75 Ω Berechnen Sie die höchstzulässige Spannung. 13.) Durch einen Widerstand von 7.5kΩ fliessen 25mA. Berechnen Sie die Leistung. 14.) Eine 100W-Glühbirne brennt 24h lang. 1kWh kostet 20 Rappen. Berechnen Sie die Energiekosten. 15.) Ein 120Ω wird an 230V angeschlossen. a) Wie gross ist die Leistung? b) Welche Energie wird in 8h in Wärme umgesetzt? 16.) Welche Energie ist nötig, um einen 5kW-Boiler in 8h aufzuheizen? 17.) Wie lange kann ein 5kW-Boiler mit der Energie von 125kWh betrieben werden?!wirkungsgrad 18.) Ein Gleichstrommotor nimmt 12.5kW elektrische Leistung auf und gibt 10kW mechanische Leistung ab. a) Berechnen Sie die Verluste. b) Berechnen Sie den Wirkungsgrad 19.) Ein Generator mit einem Wirkungsgrad von 0.85 hat 925 MWh elektrische Energie erzeugt. a) Berechnen Sie die mechanische Energie, die der Generator aufgenommen hat. b) Berechnen Sie die Energieverluste.!Vorwiderstände / Shunts 20.) Eine Lampe hat die folgenden Daten: U: 120V / P: 60W Nun steht aber nur eine Spannung von 230V zur Verfügung. Berechnen Sie die Grösse und die erforderliche Leistung des Vorwiderstandes. 7

8 21.) Ein Strommessgerät hat bei 2.5V Vollausschlag. Dabei fliesst ein Strom von 2.5mA hindurch. Erweitern Sie das Messgerät mit einem Shunt (Parallelwiderstand) so, dass damit ein Strom von 1A gemessen werden kann. Berechnen Sie die Grösse und die erforderliche Leistung des Shunts. 22.) Ein 50mW-Messinstrument hat einen Vollausschlag bei 0.5V. Es soll nun so erweitert werden, dass eine Spannung von 5V gemessen werden kann. Berechnen Sie den nötigen Vorwiderstand. Für welche Leistung muss dieser Vorwiderstand dimensioniert werden? 23.) Ein Strommessgerät hat bei 0.5V Vollausschlag. Dabei fliesst ein Strom von 100mA hindurch. Erweitern Sie das Messgerät mit einem Shunt (Parallelwiderstand) so, dass damit ein Strom von 1.25A gemessen werden kann. Berechnen Sie die Grösse und die erforderliche Leistung des Shunts. Für welche Leistung muss dieser Shunt dimensioniert werden?!elektrochemische Zellen 24.) Ein Akkumulator wurde 6h lang mit 10A bei 12V Klemmenspannung entladen. Das Wiederaufladen dauerte 7h bei 14V und 9A. a) Berechnen Sie die Amperestundenwirkungsgrad. b) Berechnen Sie den Energiewirkungsgrad des Akkumulators. 25.) Eine Akku-Zelle mit einer Nennkapazität von 56Ah wird in 8h entladen. Die Entladespannung beträgt 2V. Die Aufladung erfolgt in 7h mit einem Strom von 9A geladen. Die Ladespannung beträgt 2.2V. Berechnen Sie... a)... den Entladestrom b)... den Amperestundenwirkungsgrad c)... den Energiewirkungsgrad!Belastete Spannungsquellen 26.) Bei einer 4.5V-Batterie sinkt die Klemmenspannung bei 0.1A Belastung auf 4.25V. a) Berechnen Sie den Innenwiderstand der Batterie. b) Berechnen Sie die Klemmenspannung, die man bei 0.5A messen würde. c) Berechnen Sie den Kurzschlussstrom. 8

9 27.) Eine 4.5V-Batterie hat einen Innenwiderstand von 45mΩ. a) Berechnen Sie den Spannungsabfall bei 5A. b) Berechnen Sie die Klemmenspannung bei 10A-Belastung. c) Berechnen Sie den Kurzschlussstrom.!Spannungsverlust in Leitungen 28.) Am Ende einer 25m langen 2mm 2 -Kupferleitung wird ein Motor angeschlossen, der bei 230V einen Strom von 8A aufnimmt. a) Berechnen Sie den Spannungsverlust in Volt und in Prozenten. b) Berechnen Sie die Spannung an den Anschlussklemmen des Motors, wenn am Leitungsanfang 226V gemessen werden. 29.) Berechnen Sie den erforderlichen Kupfer-Leitungsquerschnitt, wenn bei 250m Leitungslänge der Spannungsverlust 3% nicht überschreiten darf. Die Belastung beträgt 60A bei der Betriebsspannung 400V.!Elektrowärme Tabelle: spezifische Wärmekapazität c 30.) Berechnen Sie die Zeit, die notwendig ist, um auf einer 3kW-Kochplatte 3 Liter Wasser von 20 C auf 80 C zu erwärmen, wenn der Wirkungsgrad 0.6 beträgt. 31.) In einem Boiler werden 500 Liter Wasser von 13 C auf 56 C erwärmt. Dafür werden nach Zählerablesung 26kWh benötigt. Berechnen Sie den Wirkungsgrad des Boilers. 9

10 !Magnetismus / Elektromagnetismus 32.) Wo liegt bei diesen Feldlinienbildern (Stabmagnet / Spule) der Nord-, wo der Südpol? Bezeichnen Sie bei der Spule die Leitungsenden mit + und -. Zeichnen Sie die Feldlinienrichtungen ein. Stabmagnet Spule 33.) Wo liegt der Nord-, wo der Südpol bei diesem Elektromagneten?!Kondensatoren 34.) Berechnen Sie die Gesamtkapazität der beiden Kondensatorschaltungen. C 1 : 200µF / C 2 : 500µF / C 3 : 800µF 10

11 35.) Nennen Sie 4 Anwendungen von Kondensatoren,!Halbleitertechnik 36.) Zeichnen Sie das Linien-Diagramm (auch Zeitdiagramm genannt) einer Spannung nach dem Gleichrichter ohne Kondensator-Glättung. 37.) Zeichnen Sie das Linien-Diagramm (auch Zeitdiagramm genannt) einer Spannung nach dem Gleichrichter mit Kondensator-Glättung, aber ohne Belastung. 38.) Bei welchem Schema leuchtet die LED? 39.) a) Bei welchem Transistor handelt es sich um einen PNP-Transistor? Setzen Sie ein x ins entsprechende Kästchen. b) Was bedeuten die Buchstaben B, C und E? c) Bei welchem Anschluss wird der Transistor gesteuert? 11

12 !Transformatoren 40.) Der folgende Transformator hat die folgenden Werte: U 1 : 230V / I 1 : 5mA / N 1 : 3000 Windungen / N 2 : 1000 Windungen Berechnen Sie die folgenden Grössen: U 2 / I 2 / P 1 / P 2 41.) Wozu dient der Eisenkern bei einem Transformator?!Einphasen- und Dreiphasenwechselstrom 42.) a) Wie lange dauert eine Periode in unserem 50Hz-Netz? b) Wie lange dauert eine Halbwelle in unserem 50Hz_Netz? c) Wie oft wechselt ein 50Hz-Strom seine Richtung? 43.) Der Spitzen-Spitzen-Wert einer Sinuskurve beträgt 600V. Berechnen Sie den Effektivwert. a) Können Sie den Effektivwert mit einem Voltmeter messen? Wenn nein, welches Messgerät verwenden Sie dann? b) Können Sie den Spitzenwert mit einem Voltmeter messen? Wenn nein, welches Messgerät verwenden Sie dann? 12

13 44.) Welche Leistung können Sie mit dem cos φ berechnen? 45.) Nennen Sie die Formelsymbole, dazugehörigen Masseinheiten sowie die Messinstrumente der folgenden Leistungen. a) Scheinleistung b) Wirkleistung c) Blindleistung Zeichnen Sie dazu das Leistungsdreieck. 46.) Welche Schaltungen gehören zu welchem Linien- oder Zeitdiagramm? a) b) c) d) e) f) 47.) Welche Formel stimmt? cosϕ = S P cosϕ = P S cosϕ = S P P = S cosϕ 13

14 48.) In einer Installation sind die folgenden einphasigen Verbraucher in Betrieb: - ein Ofen 400V / 12A - ein 5kVA-Schweisstarafo mit cos φ = Fluoreszenslampen für 230V zu je 78W bei 0.64A Stromaufnahme Wie gross sind Wirkleistung, Blindleistung, Scheinleistung und der Leistungsfaktor cos φ für jeden Verbraucher? 49.) Nennen Sie die Spannungen im folgenden Netz. U 12 :... U 1N :... U U 2N :... U U 3N : ) Ein Drehstrommotor nimmt bei 3 x 400V einen Strom von 15A auf, der Leistungsfaktor cos φ ist Berechnen Sie die Scheinleistung, die Wirkleistung sowie die Blindleistung. 51.) Jeder der drei 30Ω-Widerstände einer Drehstromheizung darf mit maximal 230V belastet werden. Wie gross sind die jeweils zulässigen Netzspannungen bei Stern- und Dreieckschaltung. Bestimmen Sie in beiden Fällen die Strangströme sowie die Polleiterströme. 14

15 52.) Ein Motor mit 6kW-Leistung wird an das Einheitsnetz angeschlossen. Wie gross ist der Strom I in der Zuleitung? 53.) Praxis: Suchen Sie in unserem Elektrotechnik-Fachbuch oder im Internet nach den folgenden Motortypen: Synchronmotor / Spaltmotor / Asynchronmotor / Einphasenwechselstrommotor / Universalmotor 54.) Nehmen Sie diverse Kondensatoren näher unter die Lupe. An welche Spannungen dürfen diese Kondensatoren angeschlossen werden? Beispiele: 15