Elektrische Stromkreise Widerstandsschaltungen, Analyse elektrischer Schaltungen

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1 TM, Physik, T. orer Übung /03 Übung 5 Elektrische Stromkreise Widerstandsschaltungen, nalyse elektrischer Schaltungen Lernziele - den Ersatzwiderstand einer Widerstandsschaltung 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. Prüfen Sie nach, dass die folgenden beiden ussagen richtig sind: - Der Ersatzwiderstand zweier seriell geschalteter Widerstände und 2 ist grösser als der grössere der beiden Widerstände und 2. - Der Ersatzwiderstand zweier parallel geschalteter Widerstände und 2 ist kleiner als der kleinere der beiden Widerstände und estimmen Sie den Ersatzwiderstand tot der folgenden Widerstandsschaltungen: a) = 0 Ω 2 = 20 Ω 3 = 30 Ω 2 3 b) = 500 Ω c) = 4 kω p_tbm02_u5.pdf /5

2 TM, Physik, T. orer Übung /03 3. n den folgenden Netzwerken seien die eingezeichneten Grössen bekannt. Stellen Sie mit Hilfe der elektrischen Grundgesetze (Knotenregel, Maschenregel, Widerstandsgesetz) ein Gleichungssystem auf, welches die estimmung der Ladungsströme in allen Zweigen der Schaltung und die Spannungen über allen Widerständen erlaubt. lle Ladungsströme und Spannungen müssen im Gleichungssystem als Unbekannte vorkommen. Stellen Sie jeweils ein vollständiges Gleichungssystem auf, welches die Ladungsströme in allen Zweigen und die Spannungen über allen Widerständen enthält. Sie müssen das Gleichungssystem lediglich aufstellen aber nicht auflösen. a) U b) U a c) U b 2 U a 4. 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? p_tbm02_u5.pdf 2/5

3 TM, Physik, T. orer Übung /03 5. Gegeben sind drei Schaltungen,, mit den Glühlampen,, C: C n allen 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. Hinweis: Je grösser der Ladungsstrom durch eine Glühlampe ist, desto heller leuchtet die Lampe. 6. 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 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_tbm02_u5.pdf 3/5

4 TM, Physik, T. orer Übung /03 Lösungen a) tot = 23 = tot = = 22 Ω 2 3 b) tot = = 2 2 = 3 3 = c)... tot = 8 5 = 800 Ω tot = 20 7 = 40 kω 3. a) 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 p_tbm02_u5.pdf 4/5

5 TM, Physik, T. orer Übung /03 b)... c) Man muss einen Zusatz-Widerstand in Serie schalten. 5. Helligkeit von in Schaltung < Helligkeit von in Schaltung < Helligkeit von in Schaltung 6. 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_tbm02_u5.pdf 5/5