Elektrizitätslehre Der einfache Stromkreis Copyright by H. Sporenberg.

ElektrizitätslehreDer einfache Stromkreis

Copyright by H. Sporenberg

Parallel- und Reihenschaltung


Elektrizitätslehre

1.Aufgabe:Bei einem Auto wird die Innenbeleuchtung eingeschaltet, sobald eine der vier Türen geöffnet ist. Skizziere ein mögliches Schaltschema. 2.Aufgabe: Barbara will von zwei Türen aus die elektrische Zimmerbeleuchtung beliebig ein- und ausschalten können (unabhängig von der jeweils anderen Schalterstellung). Sie zeichnet für den Elektriker folgenden Schaltplan: a.Was wird der Elektriker daran auszusetzen haben? b.Zeichne einen neuen Plan, der Barbaras Wünsche erfüllt.


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3.Aufgabe: In dem folgenden Stromkreis befinden sich vier baugleiche Lämpchen, eine Stromquelle und ein Schalter.a)Welche Lämpchen leuchten, wenn der Schalter S geöffnet ist. Vergleiche die Helligkeit der Lämpchen untereinander und gib hierfür eine Begründung. b)Nun wird der Schalter geschlossen. Beantworte die Frage von Teilaufgabe a) auch für diesen Fall.


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4.Aufgabe: Die beiden Nebelscheinwerfer N1 und N2 eines Autos sollten nur dann durch den Schalter SN einschaltbar sein, wenn die beiden Fahrscheinwerfer F1 und F2 bereits durch den Schalter SF eingeschaltet sind.Entwirf eine geeignete Schaltung!


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Lösung1.Aufgabe: Es handelt sich um eine sogenannte ODER-Schaltung der vier Schalter. Dabei muss beim Öffnen der Türe der jeweilige Schalter geschlossen werden. 2.Aufgabe: Mit dem Schalter "Tür 1" kann die Lampe zwar aus- und eingeschaltet werden, schließt man jedoch den Schalter "Tür 2" so kommt es zu einem Kurzschluss. b.Die nebenstehende Schaltung erfüllt die Forderungen von Barbara. Sie besteht aus zwei Wechselschaltern. Mit ihnen kann die Lampe unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet werden.Hinweis:Bei modernen Gangbeleuchtungen geschieht das Ein- und Ausschalten mit Relais.


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Lösung

3.Aufgabe a)Es leuchten alle vier Lämpchen. Dabei leuchten jeweils L1 und L4 bzw. L2 und L3 gleich hell. L1 und L4 leuchten heller als L2 und L3: Der Strom der durch L1 bzw. L4 fließt teilt sich zu gleichen Teilen auf L2 und L3 auf. b)Jetzt leuchten nur noch L1 und L4 (gleich hell). L2 und L3 sind kurzgeschlossen (durch den geschlossenen Schalter S überbrückt).


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Lösung

4.Aufgabe


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Die elektrische Stromstärke


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U in V 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

0,0

1,6

3,2

4,9

6,5 8,3 KonstantandrahtDurchm. 0,9 mm

0,0 0,8 1,6 2,4 3,25 4,05 4,8 5,55 6,4 7,1 7,85 KonstantandrahtDurchm. 0,5 mm

I in A 0,0 0,5 1,0 1,4 1,7 1,9 2,05 2,25 2,4 2,5 2,55 Eisendraht in Luft

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0 2,5 3,0 3,5 3,9 4,3 4,65 Eisendraht in Waser

0,0

0,5

1,1

1,9

2,75

3,6 4,5 5,8 7,2 9,0 Kohlestift (Bleistiftmine)

Es wird untersucht, wie sich der Strom I durch verschiedene Leiter verändert, wenn man die an dem Leiter liegende Spannung U variiert. Die Leiter wurden so ausgewählt, dass man während der Aufnahme der Kennlinien, den Messbereich des Strom- und Spannungsmessers nicht ändern musste.


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Stelle die Messergebnisse in einem Koordinatenkreuz dar

Beantworte dazu folgende Fragen:1.Welche Testleiter gehorchen bei dem durchgeführten Experiment dem Gesetz von Ohm? 2.Wie erkennt man dies am Diagramm? 3.Wie erkennt man dies aus der Messwertstabelle?


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Farbe 1. Ring1. Ziffer

2. Ring2. Ziffer

3. RingMultiplikator

4. RingToleranz

keine 20 %silber 0,01 10 %gold 0,1 5 %

schwarz - 0 1 braun 1 1 10 1 %

rot 2 2 100 2 %orange 3 3 1000

gelb 4 4 10000 grün 5 5 100000 0,5 %blau 6 6 1000000 0,25 %

violett 7 7 10000000 0,1 %grau 8 8 100000000 0,05weiß 9 9 1000000000


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Bei dem verwendeten Chrom-Nickel-Draht mit A = 0,20 mm2 ergaben sich bei der Variation der Drahtlänge die folgenden Messwerte:

Drahtlänge l in m 0,25 0,50 0,75 1,00

Strom I in A 1,0 1,0 1,0 1,0Spannung U in V 1,3 2,7 4,0 5,3


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Bei dem verwendeten Konstantan-Draht mit l = 1,00 m ergaben sich bei der Variation der Querschnittsfläche die folgenden Messwerte:

Querschnittsfläche A in mm2

0,10 0,20 0,35 0,40

Strom I in A 0,27 0,54 0,76 1,0Spannung U in V 1,5 1,5 1,5 1,5


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In einem dritten Versuch wird der Widerstand von Drähten gleicher Länge (l = 1,00m) und Querschnittsfläche (A = 0,20 mm2) untersucht:

Material Konstantan Chrom-Nickel Messing

Strom I in A 0,54 0,5 0,10Spannung U in V 1,5 2,7 0,70


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Aufgabe

Gegeben ist der nebenstehende Stromkreis. Zeichnen Sie ihn ab und fügen sie Messgeräte ein, mit denen man

a) die Spannung der Batterie UB, b) den Gesamtstrom Iges, c) den Teilstrom I1 durch L1, d) Die Spannung U2, die an der Lampe L2 liegt, messen kann.


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Aufgabe - FlachbatterieEine Flachbatterie besteht aus drei gleichartigen Zellen von je 1,5 V Spannung.

a)Welche Spannung besitzt eine Flachbatterie?b)Könnte man den Betrag der Netzspannung Unetz an der Steckdose von 230 V auch mit Hilfe von Flachbatterien herstellen? Wie viele Flachbatterien würde man benötigen?c) Wodurch unterscheiden sich die Spannung des Haushaltsnetzes und die in Teilaufgabe b) mittels Flachbatterien dargestellte Spannung Uflach?d) Wie könnte man den Unterschied zwischen Unetz und Uflach experimentell zeigen?


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Aufgabe – Flachbatterie - Lösunga) Die Flachbatterie besitzt die Spannung von 3·1,5 V = 4,5 V. b) Durch Serienschaltung der Flachbatterien lässt sich eine höhere Spannung erreichen. Um den Betrag der Netzspannung herstellen zu können, müsste man etwa 51 Flachbatterien in Serie schalten.c) Beim Haushaltsnetz handelt es sich um eine Wechselspannung (die Pole der Quelle wechseln mehrmals in der Sekunde das Vorzeichen). Die Spannung der hintereinander geschalteten Flachbatterien ist eine Gleichspannung.d) Man schließt an beide Quellen ein Glimmlampe mit Vorwider-stand an. Bei der Gleichspannung leuchtet nur die mit dem Minuspol verbundene Elektrode der Glimmlampe auf. Bei Anschluss der Wechselspannung leuchten scheinbar beide Elektroden auf. Dieser Eindruck entsteht, da der Helligkeitswech-sel an den Elektroden so schnell erfolgt, dass unsere Wahrneh-mung dem nicht folgen kann.

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Es gibt - insbesondere bei Kleinstcomputern - Bildschirme, bei denen man mit Hilfe eines Griffels auf den Bildschirm schreiben kann. Man nennt solche Bildschirme Touchscreens. Eine Sonderform eines solchen Touchscreens ist der resistive Touchscreen, welcher auf der Basis von in Serie geschalteten Widerständen arbeitet. Im Folgenden soll das Prinzip dieser Technologie stark vereinfacht dargestellt werden.

Aufgabe


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Der resistive Touchscreen besteht aus einer stabilen unteren Schicht (Stabilteil, meist aus Glas), deren Oberseite mit einem leitenden und transparenten Material (z.B. Indium-Zinn-Oxid) überzogen ist. Darüber befindet sich der Flexteil, eine flexible, transparente, auf der Unterseite ebenfalls von Indium-Zinn-Oxid überzogene flexible Schicht, die von der unteren Schicht durch einen sogenannten Spacer im Randbereich auf Abstand gehalten wird.Drückt man nun mit einem Stift auf den Flexteil, so gelangt dieser mit der unteren Schicht im Berührpunkt P in Kontakt. Ist der Pluspol einer Spannungsquelle an der linken Seite des Flexteil, der Minuspol an der unteren Seite des Stabilteil angeschlossen, so ist Stromfluss über eine Widerstandsstrecke Rx im Flexteil und über eine zweite Widerstandsstrecke Ry im Stabilteil möglich.

Aufgabe


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Der Widerstand Rx ist umso größer je weiter rechts der Kontaktpunkt P ist, und der Widerstand Ry ist umso größer je weiter oben der Kontaktpunkt P ist. An diesen in Serie geschalteten Widerständen fließt der Strom I1. Schaltet man kurz danach den Pluspol der Spannungsquelle an die rechte Seite des Flexteils so fließt der Strom I2 durch die Widerstände Rz und Ry . Aus diesen beiden Strömen können exakt die Widerstände Rx und Ry und daraus die Stelle P ermittelt werden. Auf der darunter liegenden Flüssigkeitskristall-Matrix wird dann genau das unter dem Kontaktpunkt P liegende Element abgedunkelt.

Schreibt man mit dem Stift auf dem Flexteil so entsteht auf diese Weise auf der Flüssigkeitsmatrix eine dunkle Spur, die genau dem Stift folgt.

Aufgabe


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Aufgabe

Die Spannung zwischen dem Flexteil und dem Stabilteil ist konstant 10,0V.Die Summe der beiden Widerstände (Rx und Rz) = 1000 W = R, ebenso ist Ry höchstens R=1000 W.Man misst I1 = 14 mA und I2 = 11mA. Berechne Rx und Ry.


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Es gilt ein Gleichungssystem mit 2 Unbekannten zu lösen:

Aufgabe Lösung


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Aufgabe Lösung


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Messgerät


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