Übungsblatt: Arbeit oder Energie und Leistung

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1 Übungsblatt: Arbeit oder Energie und Leistung 1.) Zeichnen Sie das Schema der Messschaltung, mit der Sie die elektrische Leistung eines Gleichstrommotors (24V) mit Hilfe eines Wattmeters messen. 2.) 3 Widerstände (R 1 : 45Ω / R 2 : 56 Ω / R 3 : 99 Ω) sind in Serie geschaltet. Die Spannung U tot beträgt 100V. Berechnen Sie P tot / P R1 / P R2 / P R3 3.) 3 Widerstände (R 1 : 45Ω / R 2 : 56 Ω / R 3 : 99 Ω) sind parallel geschaltet. Die Spannung U tot beträgt 100V. Berechnen Sie P tot / P R1 / P R2 / P R3 4.) Berechnen Sie den Stromverbrauch eines Mixers mit: 5.) Ergänzen Sie die folgende Tabelle. Leistung P Spannung U Strom I 2.5MW 16kV 230V 16A 1.6kW 25A 125W 400V 1200V 125A 750W 2.5A 6.) Ein Motor mit der Nennspannung 400V und dem Nennstrom 6A wird 5h 45min. betrieben. Berechnen Sie die elektrische Energie. 7.) Ein 125Ω wird an 400V angeschlossen. a) Wie gross ist die elektrische Leistung? b) Welche elektrische Energie wird während 18h 24min. in Wärme umgesetzt? 8.) Welche Energie ist nötig um einen 6.5kW-Boiler in 6h 36min. aufzuheizen? 1

2 9.) Wie lange kann ein 7kW-Heizkörper mit der Energie von 3kWh betrieben werden? (Zeitangabe in h, min. und s) 10.) Ergänzen Sie die folgende Tabelle. Spannung Strom Widerstand Leistung Zeit Energie 230V 2.5A 4kV 4.6A 50Ω 250Ω 3h 36min. 15h 18min. 6h 24min. 500V 41h 5.125kWh 125V 2.5kW 7.5MWh 230V 0.75A 30h 675Wh h 50min. 240 kwh 11.) Wie lang kann eine 125W-Lampe für den Betrag von CHF 5.00 betrieben werden bei einem Energiepreis von 25Rp./kWh? 12.) Ein 1.2kWh-Heizkörper mit der Nennspannung 230V ist an 220V angeschlossen. Welche Leistung nimmt er auf? 13.) Wie gross ist die Leistung eines 5kW-Motors bei 8% Unterspannung und bei 12% Überspannung? 14.) Wie gross ist die Leistung einer 100W-Glühbirne bei 5% Unterspannung und bei 7% Überspannung? 15.) Wie lang kann eine 75W-Stereoanlage für den Betrag von CHF 1.50 betrieben werden bei einem Energiepreis von 18Rp./kWh? 16.) Ein Gleichstrommotor nimmt 8kW elektrische Leistung auf und gibt 7.5kW a) Wie gross sind die Verluste? (in kw) 17.) Ein Stabmixer gibt 70W Sein Wirkungsgrad ist 0.8. Wie gross ist die aufgenommene elektrische Leistung? 2

3 18.) Ein 5.6kW-Motor mit 82% Wirkungsgrad treibt einen Gleichstromgenerator mit dem Wirkungsgrad 0.9 an. a) Wie gross ist die aufgenommene Leistung? b) Welche Leistung gibt der Generator ab? c) Mit welchem Wirkungsgrad arbeitet die ganze Umformergruppe? 19.) Eine Umformergruppe besteht aus einem Elektromotor, der Gleichstromgenerator antreibt. Daten der Umformergruppe: Wirkungsgrad Elektromotor : 0.85 Wirkungsgrad Gleichstromgenerator : 0.95 Mit welchem Wirkungsgrad arbeitet die ganze Umformergruppe? 20.) Ein Elektromotor mit 85% Wirkungsgrad treibt einen Gleichstromgenerator mit dem Wirkungsgrad 0.92 an. Die Leistung, die der Gleichstromgenerator abgibt, ist 10kW. a) Wie gross ist die aufgenommene Leistung des Gleichstromgenerators? b) Welche Leistung gibt der Elektromotor ab? c) Welche Leistung nimmt der Elektromotor auf? d) Mit welchem Wirkungsgrad arbeitet die ganze Umformergruppe? 3

4 Kombination des ohmschen Gesetzes mit der Leistungsgleichung Leistung bei Spannungsänderung Der Wirkungsgrad 1.) Eine 2 200W Kochplatte hat einen Widerstand von 95Ω. Berechnen Sie die Nennspannung. 2.) Ein 4.7kΩ Widerstand darf mit maximal 2W belastet werden. Welche höchstzulässige Spannung darf an den Widerstand gelegt werden? 3.) Ein 5W Widerstand hat einen Widerstand von 4.7MΩ. Berechnen Sie die Nennspannung. 4.) Eine Leitung hat einen Widerstand von 1.2Ω. Sie wird mit 6A belastet. Wie gross ist der Leistungsverlust der Leitung? 5.) Eine 600W Bohrmaschine mit der Nennspannung 230V ist an 225V angeschlossen. Welche Leistung nimmt sie auf? 6.) Ein 20Ω Widerstand wir mit 500mA belastet. Wie gross muss seine Leistung sein? 7.) Wie gross ist die Leistung einer 1.8kW Kochplatte bei 10% Überspannung und bei 15% Unterspannung? 8.) Ein Gleichstrommotor nimmt 12.5kW elektrische Leistung auf und gibt 10kW a) Wie gross sind die Verluste? 9.) Ein Generator nimmt eine mechanische Leistung (Bewegungsenergie) von 25kW und gibt 20kW elektrische Leistung ab. a) Wie gross sind die Verluste? 10.) Ein Gleichstrommotor hat einen Wirkungsgrad η von Er gibt 12.5kW a) Welche elektrische Energie nimmt er auf? b) Wie gross sind die Verluste? 11.) Ein Generator nimmt 125kW mechanische Energie auf. Er hat einen Wirkungsgrad η von a) Welche elektrische Leistung gibt er ab? b) Wie gross sind die Verluste? 12.) Ein Gleichstrommotor nimmt eine elektrische Energie von 8 500W auf. Die Verluste betragen 750W. a) Wie gross ist sein Wirkungsgrad η? b) Welche mechanische Energie gibt er ab? 1

5 13.) Ein Ventilator gibt eine mechanische Energie von 120W ab. Die Verluste betragen 20W. a) Wie gross ist sein Wirkungsgrad η? b) Welche elektrische Energie nimmt er auf? 14.) Ein Generator mit einem Wirkungsgrad η von 0.8 hat 725MWh elektrische Energie erzeugt. a) Welche mechanische Energie hat er aufgenommen? b) Wie gross sind die Energieverluste? 15.) Ein Gleichstrommotor mit einem Wirkungsgrad η von 0.85 hat 35MWh elektrische Energie aufgenommen. a) Welche mechanische Energie hat er abgegeben? b) Wie gross sind die Energieverluste? 16.) Ein 6kW Drehstrommotor mit 90% Wirkungsgrad treibt einen Gleichstromgenerator mit dem Wirkungsgrad η 0.8 an. a) Wie gross ist die aufgenommene Leistung? b) Welche Leistung gibt der Generator ab? c) Mit welchem Wirkunsgrad arbeitet die Umformergruppe? 17.) Welche Belastbarkeit muss ein Vorwiderstand haben, an dem eine Spannung von 63V abfallen soll, wenn in ihm ein Strom von 120mA durchfliesst? 18.) Ein Thyristor hat einen Durchlasswiderstand von 3mΩ bei einem Strom von 155A. Wie gross ist die Verlustleistung? 19.) Wie gross sind der Widerstand und der Strom einer Lampe, die bei einer Spannung von 230V eine Leistung von 100W aufnimmt? 20.) Welche Spannung darf an einem 2W Widerstand mit 1.5MΩ höchstens liegen, und welches ist der höchstzulässige Strom? 2