Elektrische Stromkreise Elektrische Schaltungen

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1 TM, Physik, T. orer Übung 3-200/02 Übung 3 Elektrische Stromkreise Elektrische Schaltungen Lernziele - den Ersatzwiderstand einer elektrischen Schaltung bestimmen können. - die elektrischen Grundgesetze (Knotenregel, Maschenregel, Widerstandsgesetz) zur nalyse von elektrischen Schaltungen anwenden können. - aus den elektrischen Grundgesetzen ein Gleichungssystem aufstellen können, welches die estimmung von unbekannten Grössen in einer elektrischen Schaltung erlaubt. ufgaben. Gegeben ist die folgende Schaltung von drei Widerständen: 2 3 Die Werte der drei Widerstände sind gegeben durch = 0 Ω 2 = 20 Ω 3 = 30 Ω estimmen Sie den Ersatzwiderstand tot der Schaltung. 2. Gegeben ist die folgende verzweigte elektrische Schaltung aus fünf identischen Widerständen: 4 U ekannt sind die Spannung U und der Widerstand : U = 00 V = 500 Ω a) estimmen Sie den Ersatzwiderstand tot der Schaltung. b) estimmen Sie den elektrischen Ladungsstrom p_tbm0_u3.pdf /5

2 TM, Physik, T. orer Übung 3-200/02 c) Stellen Sie mit Hilfe der elektrischen Grundgesetze (Knotenregel, Maschenregel, Widerstandsgesetz) ein Gleichungssystem auf, welches die estimmung des elektrischen Ladungsstroms 4 erlaubt. Sie müssen das Gleichungssystem lediglich aufstellen aber nicht auflösen. 3. Sie haben im usland ein Elektrogerät für eine Netzspannung von 0 V eingekauft. Das Gerät erbringt bei ordnungsgemässem etrieb (an 0 V) eine bestimmte Leistung. Nach dem mport in die Schweiz (Netzspannung 240 V) möchten Sie das Gerät weiter betreiben. Es soll dieselbe Leistung wie im Herkunftsland abgeben. Mit welcher einfachen Massnahme können Sie den etrieb gewährleisten? 4. Gegeben sind drei Schaltungen,, mit den Glühlampen,, C: C n alle drei Schaltungen ist die gleiche Spannung angelegt. Vergleichen Sie die Helligkeit der Glühlampe in den drei Schaltungen,,. Sie sollen also mit egründung beurteilen, in welcher Schaltung die Glühlampe am hellsten und in welcher sie am wenigsten hell leuchtet, oder ob in zwei oder allenfalls in allen drei Schaltungen die Glühlampe gleich hell leuchtet. 5. Gegeben sind zwei Glühlampen mit der ufschrift 00 V / 0.5 (Typ ) und eine Glühlampe mit der ufschrift 200 V / 0.2 (Typ ). Die Glühlampenaufschrift gibt den Normstrom an, wenn die entsprechende Spannung angelegt wird. Die Glühlampen können 0% über den Normstrom überlastet werden, ohne dass sie Schaden leiden. Sie möchten mit allen drei Glühlampen möglichst viel Licht machen, d.h. die Gesamtleistung aller drei Glühlampen soll maximiert werden. Je mehr Strom durch eine einzelne Glühlampe fliesst, desto höher ist die Leistung der Glühlampe. Vier Schaltungsvorschläge stehen zur Diskussion. Jede dieser Schaltungen wird mit der Spannung von 200 V betrieben: Schaltung Schaltung p_tbm0_u3.pdf 2/5

3 TM, Physik, T. orer Übung 3-200/02 Schaltung Schaltung V a) estimmen Sie die Widersände der beiden Glühlampentypen. b) Welche der Schaltungen sind für die gegebene Situation untauglich? Warum? c) Welche von den tauglichen Schaltungen wird die maximale Leistung erbringen? Warum? p_tbm0_u3.pdf 3/5

4 TM, Physik, T. orer Übung 3-200/02 Lösungen. tot = 23 = tot = = 22 Ω a) tot = = 2 2 = 3 = 3 b) = c) tot = 8 5 = 800 Ω U = tot 800 Ω 00 V = = 25 m 8 U U 2 U 4 U U 3 U 5 = 2 3 ekannte: U, 2 = 4 Unbekannte:,, 2, 3, 4, U, U 2, U 3, U 4, U = U = U 2 U 2 U 4 = U 3 U 3 U 5 = U U = U 2 = 2 U 3 = 3 U 4 = 4 U 5 = Gleichungssystem mit Gleichungen und 0 Unbekannten 3. Zusatz-Widerstand in Serie schalten 4. Helligkeit in Schaltung < Helligkeit in Schaltung < Helligkeit in Schaltung p_tbm0_u3.pdf 4/5

5 TM, Physik, T. orer Übung 3-200/02 5. a) = U = 00 V 0.5 = 200 Ω = U = 200 V 0.2 = 000 Ω b) Schaltung Über den Glühlampen liegt die volle Spannung von 200 V, so dass durch sie ein Strom von fliessen würde. Dies liegt aber deutlich über der 0%-Überlast-Toleranz. c) Schaltung Es muss diejenige Schaltung sein mit dem geringsten Ersatzwiderstand. Denn je kleiner der Widerstand ist desto höher ist bei gleichbleibender angelegter Spannung (200 V) der Strom. Die Schaltung hat den grössten Ersatzwiderstand, denn die Glühlampen sind in Serie geschaltet. Die Schaltung kommt nicht in Frage. Der Ersatzwiderstand der Schaltung beträgt = =... = = 370 Ω (gerundet) Der Ersatzwiderstand der Schaltung V beträgt V = =... = 2 = 00 Ω Die Schaltung ist also die Schaltung mit dem geringsten Ersatzwiderstand p_tbm0_u3.pdf 5/5