Berechnungen Mischschaltung

winkk · Anmeldungsdatum: 14.05.2021 Beiträge: 19

Meine Frage:
Guten Tag!
Ich studiere auf Lehramt Physik und unsere Uni vermittelt uns auch einen Teil Elektrotechnik. Ich habe selbst praktisch keinen Physik Unterricht gehabt (wovon aber ausgegangen wird) und entsprechend schwer fallen mir eigentlich simple Aufgaben.

Ich bin mir sehr Unsicher und wollte drum bitten, ob mich jemand auf meine Fehler hinweisen könnte. Meine Lösung ist handschriftlich als PDF im Kommentar hochgeladen. In der Aufgabenstellung sind Skizzen enthalten, genau diese findet man auch in meiner Lösung vor.

Die Aufgabe lautet wie folgt:

a) Die Heizplatte eines Haushalts-Elektroherdes bestehe aus drei gleichen Heizwiderständen R. In der höchsten Heizstufe, in der das Wasser in einem Teekessel nach
t0 = 6 min siedet, sind alle drei Widerstände parallel geschaltet. Durch unterschiedliches Verbinden aller (!) Widerstände werden drei weitere Heizstufen mit verminderter Heizleistung realisiert.
i) Geben Sie die Schaltpläne für diese drei Widerstandskombinationen an.
ii) Berechnen Sie jeweils die Zeit, um die gleiche Wassermasse im Teekessel zum
sieden zu bringen, wenn die Heizplatte mit den unter i) erarbeiteten Schaltungen
betrieben wird.
b) Berechnen Sie unter der Annahme, dass alle Widerstände gleich sind, den Gesamtwiderstand zwischen den Punkten A und B des Widerstand-Netzwerkes in der Abbildung. Wie groß ist der konkrete Gesamtwiderstand, wenn jeder Einzelwiderstand
3? beträgt?
c) Wie groß sind die Spannung U der Batterie und die Ströme durch die übrigen
Widerstände in dem abgebildeten Netzwerk, wenn ein Strom der Stärke I = 0, 5 A
durch den 40 ?-Widerstand fließt?

Vielen Dank!!

Meine Ideen:
Hochgeladen als PDF im Kommentar

Zwei Beiträge zusammengefasst. Steffen

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

a) ist mal OK.
b) auch OK
c) nicht OK (siehe andere Kommentare)

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Zu a)
Ergebnis richtig, Rechenweg obskur. Kannst Du mal die allgemeine Fornel für die jeweilige Zeit aufschreiben?

Zu b)
Richtig

Zu c)
Falsch. Z.B. liegen an R3 keine 20V an, R3 und R4 liegen auch nicht in Reihe usw.

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

Zur Aufgabe a):
Ich dachte erst, die Lösung wäre falsch, aber es sieht gut aus. Auch wenn "1 R entspricht 0,3 h" ein bißchen unkonventionell ist... Big Laugh

Zur Aufgabe b):
Thumbs up!

Zur Aufgabe c):
Ich habe die Schaltung nur ein klein wenig umgezeichnet, dann werden die Verhältnisse etwas klarer.
Die Spannung 20 V an R4 ist richtig, damit auch der Strom von 2 A durch R2.
Nun ist aber keineswegs überall die Spannung 20 V!
Die 2,5 A durch die parallelschaltung R1||R2 fließt auch durch R4. Welche Spannung fällt dort ab? Wie großist also die Spannung an R5?Welcher Strom fließt durch R5?
Dieser Strom PLUS der Strom durch R4+R1||R2 fließt auch durch R3 ...

So klappts!

Viel Erfolg! Big Laugh

winkk · Anmeldungsdatum: 14.05.2021 Beiträge: 19

Vielen Dank.

Ist das dann so richtig? (Habe nur die Seite mal überarbeitet)

Kannst du eine Seite / Lektüre / irgendwas empfehlen um da umfassend Regeln zu lernen? Ich bin deinen Anweisungen gefolgt, wusste aber nicht dass ich den Strom in R4 durch R1||R2 bestimmen kann.

Viele Grüße

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

Nein, das stimmt nicht.
Die Spannung an der Batterie kann nicht 7 V sein, wenn irgendwo im Stromkreis eine Spannung von 20 V auftritt (und sonst keine weiteren Spannungsquellen vorhanden sind.

Ich habe jetzt im Moment keine Zeit, werde aber heute abend noch einmal schreiben. Dann zeichne ich auch die Schaltung noch einmal etwas um. Wahrscheinlich liegt dein Fehler nur in der Betrachtung, da du andere Aufgaben ja richtig gelöst hast.

winkk · Anmeldungsdatum: 14.05.2021 Beiträge: 19

Die Summe der Verbraucherspannungen ist gleich der Generatorspannung? Das würde doch Sinn ergeben, oder?

Dann müsste ich die Spannungen die an den einzelnen Widerständen abfällt einfach zusammenrechnen

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

GvC hat jetzt alles so schön beschrieben, da halte ich mich zurück. Aber ich möchte, wie versprochen, noch einmal die umgezeichnete Schaltung bringen. Hier sieht man jetzt vielleicht besser, was in Reihe und was parallel geschaltet ist. (Überzeuge dich davon, daß sie der gegebenen Schaltung entspricht.) Außerdem habe ich eingetragen, was du schon richtig berechnet hast.

Nun wäre die Frage:
Wie groß ist die Spannung zwischen A und B? Diese Spannung liegt auch an R5. Welcher Strom fließt dann dort?
Der Gesamtstrom über R1, R2, R4, R5 (Wie groß ist er?) fließt auch uber R3. Welche Spannung fällt dort ab?
Wie groß ist demnach U?

winkk · Anmeldungsdatum: 14.05.2021 Beiträge: 19

Danke Leute!
So langsam raff ich's..
Hab da echt viel Nachholbedarf.

Schönen Abend noch