Fragenausarbeitung TPHY TKSB, WS 2001/2002 1. Blatt, Kapitel Gleichstrom! siehe Ausarbeitungen...... 17 19, sowie 22 39 Johannes Helminger... 17 26 Matthias Tischlinger... 17-23 sowie 15 Manfred Jakolitsch Einzelausarbeitungen: 17) Was gibt das Ohmsche Gesetz an? Es beschreibt den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand. Spannung = Strom * Widerstand 1 Volt ist jene Spannung die an einem Widerstand von einem Ohm abfällt wenn ein Strom von einem Ampere durch ihn fließt. Für lineare Widerstände: R = / Für nicht-lineare Widerstände: R = d / d d d (Bernhard Böck)
18) Geben Sie Definition und Einheit des elektrischen Widerstandes an, und was ist der Leitwert G und welche Einheit hat er? Der elektrische Widerstand hat die Einheit [Ohm] bzw. Volt/Ampere und ist jene Maßeinheit welche besagt in wie fern der elektrische Strom beim Durchfließen eines Leiters behindert wird. D.h. je größer der Widerstand desto größer ist die Behinderung beim Durchfließen des Stromes. Das genaue Gegenteil (Kehrwert) des elektrischen Widerstandes ist der Leitwert mit den Zeichen Y oder G und mit der Einheit [Siemens]. Hier wiederum ist zu verstehen in wie fern ein Leiter gut oder schlecht leitet. D.h. je höher der Leitwert desto besser bzw. auch schneller (ms) fließt der Strom durch ihn durch. Ausgezeichnete Leiter versteht man unter dem Begriff Supraleiter. (Gerald Derflinger) 19) 20) Skizzieren und beschreiben Sie ein einfaches Kennlinienfeld (Quellenkennlinie, Verbraucherkennlinie, nnenwiderstand, Kurzschlussstrom, Leerlaufspannung, Arbeitspunkt). Verbraucherkennlinie: Rv Die Verbraucherkennlinie ist bei einer ohmschen Last eine Gerade, da ein linearer Zusammenhang zwischen Strom und Spannung besteht (=Ohmsches Gesetz). Bei konstantem Verbraucherwiderstand Rv wächst der Strom proportional der steigenden Spannung. Der Proportionalitätsfaktor (=Steigung) ist die Gerade Rv. Arbeitspunkt, Leerlauf und Kurzschluss: o Ap Rv k
Die Leerlaufspannung (o) ist die Klemmenspannung bei Rv unendlich, d.h. bei offenen Klemmen. Sie ergibt sich aus der Kennlinie als Schnittpunkt der Quellenkennlinie mit der Ordinate. Bei einem Kurzschluss (k) liegt an den Klemmen keine Spannung mehr an, da die gesamte Quellenspannung am nnenwiderstand der Quelle abfällt. Der Kurzschlussstrom (k) ergibt sich daher als Schnittpunkt der Quellenkennlinie mit der Abszisse. Die Kennlinie der Quelle ergibt sich anhand der Geraden o-k. Wenn der nnenwiderstand der Quelle als ohmscher Widerstand angenommen wird, sinkt die Klemmenspannung mit steigendem Strom linear ab, weil der Spannungsabfall am nnenwiderstand linear steigt. Der Arbeitspunkt (Ap) stellt sich im Schnittpunkt der Quellenkennlinie mit der Widerstandskennlinie Rv ein. Der Arbeitspunkt (Ap) gibt den Strom und die Spannung am Verbraucher an, die sich bei den gegebenen Kennlinien im Betrieb einstellt. Das gilt natürlich auch bei nicht linearen Kennlinien. (Roland Dorfer) 21) Beschreibe die beiden Kirchhoffschen Sätze. Erster Kirchhoffscher Satz (Knotenpunktsatz): n jedem Knotenpunkt ist die Summe der zufließenden und abfließenden Ströme gleich Null. Zweiter Kirchhoffscher Satz (Maschensatz): n jeder Masche ist die Summe aller Spannungen gleich Null. (Skender Fejzuli) 22) 33)! siehe Johannes Helminger bzw. Matthias Tischlinger 34) Ein für = 9 V bestimmtes Gerät mit dem Verbrauch P = 40 W soll über einen passenden Vorschaltwiderstand an einer Spannung von 12 V betrieben werden. Welchen Wert muss der Vorschaltwiderstand haben? Welche elektrische Leistung wird dabei vergeudet? PGerät = Gerät * RV = RV / = PGerät / Gerät RV = 3 V / 4,44 A = 40 AV / 9 V RV = 0,675 Ω = 4,44 A PV = V* PV = 3 V * 4,44 A PV = 13,33 W Der Vorschaltwiderstand RV muß den Wert 0,675 Ω haben. Es wird eine elektrische Leistung PV von 13,33 W vergeudet. (Martin Fischer)
35) Welche Leistung setzt ein Verbraucher 230V/300W um, wenn die Netzspannung nur 210V beträgt? (Annahme konstanter Widerstand.) geg.: ges.: = 230 V, W = 300 W, R = konst. W bei 210 V P =. = 2 R => R = 2 P = 2302 V 300 W = 176,33 Ω P = ² / R= 210² V/ 176,33 Ω= 250,1 W (Werner Fröhlich) 36) Die Leistung eines elektrischen Gerätes sinkt durch den Abfall der Versorgungsspannung um 10%. m wie viel Prozent liegen Spannung und Strom unter ihrem Sollwert? (Annahme konstanter Widerstand) Pneu = 0,9* Palt P = ²*R = ²/R P =, = P R R = neu = 0,9 Palt ; R 0,9 alt R = 0, 9 (R= 1Ω) neu = 0, 9 * alt (Christian Heis) 37) Für eine Projektionslampe 60V/150W soll zum Anschluß an 125V ein Vorschaltwiderstand aus 0,4mm dickem Konstrantdraht (ρ= 0,5Ωmm²/m) gewickelt werden. Wie viel Meter Draht sind erforderlich? Wie viel Leistung verbraucht der Widerstand? (gesamt) = (Lampe) + (Widerstand); 125V = 60V + (Widerstand); (Widerstand) = 65V P =. ; 150W = 60V. ; = 2,5A (Widerstand) = R(Widerstand). ; 65V / 2,5A = 26ohm; R(Widerstand) = 26ohm A(Draht) = d 2. π / 4 = 0,4mm 2. π / 4 = 0,126mm 2 R(Draht) = ρ. l / A; l = R. A / ρ; l = 26ohm. 0,126.10-6 m 2 / 0,5. 10-6 = 6,552m P(Widerstand) = (widerstand). ; P = 65V. 2,5 = 162,5W Es sind 6,552m Draht erforderlich und der Widerstand verbraucht eine Leistung von 162,5W. (Gerlinde Holzschuh) 38) Für die Stromversorgung einer Sendeanlage werden täglich 16 Stunden lang insgesamt 1800m Kupferleitung (p=0.0178wmm²/m) von 6mm² Querschnitt von einem Strom =20A durchflossen. Wie groß wäre die jährliche Stromkostenersparnis, wenn die Zuleitung auf 16mm² Kupferdraht verstärkt wird? (Kosten der elektrischen Energie: 2.00ATS/kWh)
l = 1800m ρ = 0.0178Ωmm² m = 20A A1 = 6mm² A2 = 16mm² l 1800 0.0178 R1 = ρ = = 5.3400Ω A1 6 l 1800 0.0178 R2 = ρ = = 2.0025Ω A2 16 P1 = ² R1 = 20² 5.3400 = 2.1361kW P 2 = ² R 2 = 20² 2.0025 = 0.801kW ATS Kosten1 = 365 16h 2.1361kW 2 = 24949.7778ATS kwh ATS Kosten2 = 365 16h 0.801kW 2 = 9356.1667ATS kwh Ersparnis = 15593.6111ATS (Rainer tzinger) 39) Geben Sie ein geeignetes System linearer Gleichungen an ( Krichhoffsche Sätze), um für das gegeben verzweigte Netzwerk alle Teilströme uns Spannungen errechnen zu können. ( Beispiel ist auch auf der Tele FH / Physik / Gleichstrom / 1.2.6.1 Berechnung mit Kirchhoffschen Sätzen ) zu finden! Erster Kirchhoffscher Satz (Knotenpunktsatz): n jedem Knotenpunkt ist die Summe der zufließenden und abfließenden Ströme gleich Null Zweiter Kirchhoffscher Satz (Maschensatz): n jeder Masche ist die Summe aller Spannungen gleich Null 1.2.6.1 Berechnung mit Kirchhoffschen Sätzen Arbeitsplan zur Berechnung aller Ströme nach Betrag und Richtung
Gegeben: q1,q2 R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7 a) n den Schaltplan Ströme in beliebiger Richtung eintragen b) n den Schaltplan Zählpfeile für die Spannungen eintragen ( in dieselbe Richtung wie der vom Wid. durchflossene Strom) c) Netzwerk in Maschen aufteilen und mlaufsinn festlegen d) Knotenpunktsgleichung(en) aufstellen (1. Kirchhoffscher Satz) e) Maschengleichungen für den gewählten mlaufsinn aufstellen (2. Kirchhoffscher Satz) Jede Spannung muss mindestens einmal berücksichtigt werden. (Stefan Kaltenbrunner) 40) Beschreiben Sie die Vorgangsweise bei der Berechnung verzweigter linearer Netzwerke mit dem Überlagerungsverfahren (Superpositionsverfahren nach Helmholtz). Alle Quellenspannungen werden der Reihe nach bis auf eine kurzgeschlossen und die Zweigströme berechnet. Die in der gegebenen Schaltung tatsächlich fließenden Ströme ergeben sich aus der richtungsrichtigen Addition der ermittelten Zweigströme. Dieses Verfahren ist nur dann anwendbar, wenn im Netzwerk ausschließlich lineare Bauteile vorkommen (d.h., Ohmsches Gesetz) (Wolfgang Kendler)