Verschiedene Fragen zum Gleichstromkreis

Trite · Anmeldungsdatum: 30.12.2019 Beiträge: 68

Hallo, ich habe zurzeit ein paar Probleme mit schulischen Physik Aufgaben, in der 11. Klasse zum Themengebiet Gleichstromkreis.

Die 1. Aufgabe ist: An einer Spannungsquelle mit einer konstanten Klemmspannung von 6V sind zwei Glühlampen parallelgeschaltet. Die Gesamtstromstärke beträgt 0,5A. Die erste Lampe trägt die Aufschrift 6V/0,6W. Berechnen Sie die Stromstärke in der ersten Lampe und ihren elektrischen Widerstand. Berechnen Sie für die zweite Lampe die Stromstärk, den elektrischen Widerstand und die elektrische Leistung.

Lösungsansatz Aufgabe 1:
R = U / I R = 12 Ω

P = U * I --> I = P/U I(Lampe1) = 0,1A

R(Lampe1) = U / I(Lampe1) R(Lampe1) = 6V / 0,1A
R(Lampe1) = 60 Ω

P(Lampe2) = U * I P = 3W

P = U * I I(Lampe2) = P / U = 3W/6V I(Lampe2) = 0.5A

Jetzt weiß ich nur nicht ob das richtig ist und wie ich weiter machen muss. Bzw. welchen Widerstand ich genau für die Lampe 2 nehmen muss. Ob ich da die 12 Ωoder 60 Ωnehme.

2. Aufgabe ist: Zwischen den beiden Drähten einer in der Erde verlegten Fernsprechleitung ist ein Kurzschluss entstanden. Der Draht besteht aus Kupfer und hat den Querschnitt 0,20mm². Um herauszufinden, in welcher Entfernung sich die Schadstelle befindet, wird an den Anfang der Leitung eine Spannung angelegt und ein elektrischer Widerstand von 15,3 Ω bestimmt. Berechnen Sie die Entfernung der Schadstelle!

Lösungsansatz zu Aufgabe 2:

geg: ϱ(Kupfer) = 0,0017 (Ω* mm²) / m
A = 0,2mm²
R = 15,3 Ω

ges: l ?

R = ϱ* l/A
Formel umgestellt: (R * A) / ϱ= l --> Da ist die Frage, habe ich da die Formel richtig umgestellt ? Oder müsste Sie so hier sein?? : R / (ϱ* A)

Aufgabe 3 ist: Die Turbine in einem Kleinkraftwerk (η = 0,82) treibt einen Generator (η = 0,92) an. Das Wasser hat eine Fallhöhe von 9m. Folgende Verbraucher sind an den Generator angeschlossen:
a) Ein Aufzug der 1,5t mit einer Geschwindigkeit von 0,7 m/s bei einem Wirkungsgrad von 50% heben soll
b)Eine elektrische Motorpumpe mit einer stündlichen Förderleistung von 63m³ Wasser aus 18m tiefe. Der Gesamtwirkungsgrad beträgt 65%.
c) Zwei elektrische Heizöfen und eine Beleuchtungsanlage mit einem Gesamtanschlusswert von 16kW.
Berechnen Sie die Wassermenge, die je Sekunde der Turbine zugeführt werden muss, wenn
a) alle Verbraucher gleichzeitig eingeschalten sind,
b) bei einem Gleichzeitigkeitsfaktor von 23%

Lösungsansatz zu Aufgabe 3: Ist keiner vorhanden, weil ich da wirklich gar keine Ahnung habe, wie ich Anfangen soll.

Nobby1 · Anmeldungsdatum: 19.08.2019 Beiträge: 1548

Aufgabe 1 sind ein paar Fehler drin. Du beachtest nicht die Lampen sind parallel geschaltet. Die Werte der 1. Lampe stimmen. Die 12 Ohm sind aber der Widerstand beider Lampen parallel. Der Gesamtstrom ist 0,5 A . Die erste Lampe zieht 0,1 A also wieviel hat dann die andere. Daraus Widerstand und Leistung berechnen.

Aufgabe 2 ist die erste Umstellung richtig.

L = R * A/rho

Aufgabe 3 geht um Potentiale und kinetische Energie.

Was für eine Leistung erzielt man wenn Wasser 9 m herunterfällt. Das wird dann gegen gerechnet mit den einzelnen Geräten, die betrieben werden. Jedes Gerät hat dabei noch Verluste durch den Wirkungsgrad ausgedrückt.
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Wasserkraftwerk#Leistung

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Trite · Anmeldungsdatum: 30.12.2019 Beiträge: 68

Wie sieht es aber mit Aufgabe 3 aus? Weil da habe ich echt absolut gar keine Ahnung.

Aufgabe 3 ist: Die Turbine in einem Kleinkraftwerk (η = 0,82) treibt einen Generator (η = 0,92) an. Das Wasser hat eine Fallhöhe von 9m. Folgende Verbraucher sind an den Generator angeschlossen:
a) Ein Aufzug der 1,5t mit einer Geschwindigkeit von 0,7 m/s bei einem Wirkungsgrad von 50% heben soll
b)Eine elektrische Motorpumpe mit einer stündlichen Förderleistung von 63m³ Wasser aus 18m tiefe. Der Gesamtwirkungsgrad beträgt 65%.
c) Zwei elektrische Heizöfen und eine Beleuchtungsanlage mit einem Gesamtanschlusswert von 16kW.
Berechnen Sie die Wassermenge, die je Sekunde der Turbine zugeführt werden muss, wenn
a) alle Verbraucher gleichzeitig eingeschalten sind,
b) bei einem Gleichzeitigkeitsfaktor von 23%

Lösungsansatz zu Aufgabe 3: Ist keiner vorhanden, weil ich da wirklich gar keine Ahnung habe, wie ich Anfangen soll.

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Trite · Anmeldungsdatum: 30.12.2019 Beiträge: 68

Vielen Dank für die ausführliche Erklärung.

Ich hätte jetzt nochmal ein paar Fragen, ob das so korrekt ist.

Einmal ist es nur um Umrechnen, aber da bin ich mir bei der Einheit von W nicht ganz sicher.
Bspw. ist das hier:

1.
geg: R = 35 Ohm U = 12V Einschaltdauer (t?) = 5h
ges. I, P, W
Als Lösung habe ich
I = 0,3A
P = 3,6W
W = 18J
ist das korrekt?

2.

Wie berechnet man da jetzt bei Bspw. :
geg:
R = 10,2 Ohm
U = 110V
Einschaltdauer = 5h
ges. I, P, W
Ges: I, P, W-

lsg:
I = 10,8A
P = 1188W
W = 2376J
oder muss man in kwH bei W das angeben.
Weil die nächsten Aufgaben sind auch nur mit kWh, Ws angegeben… Aber wie berechnet man genau kWh und Ws

3.
Bspw. nächste Aufgabe:

geg: R = U =24V
I = 2,5A
W = 3kWh
ges:
R, P, Einschaltdauer

Lsg:
R = 9,6 Ohm
P = 60W
t = /

Da weiß ich halt jetzt nicht, wie ich W umformen muss, um damit rechnen zu können

So das war es nur zu der Umrechnung. Speziell geht es mir da um das W, also wie ich das umrechnen kann, bzw. wie ich das umrechnen muss, um damit rechnen zu können.

Jetzt hätte ich nochmal eine Frage zu 2 verschiedenen Schaltplan Szenarien eine Frage, ob ich das richtig verstehe.

4.
Zeichnen Sie den Schaltplan eines unverzweigten Stromkreises mit zwei Festwiderständen, nennen Sie die geltende Gesetze und erläutern Sie diese an einen selbst gewählten Beispiel.

Zeichnung, siehe Anhang.

Gesetze:
I = I1 = I2 = In
U = U1 +U2 + Un
R = R1 + R2 + Rn
Spannungsteilregel: (U1/U2) / (R1 / R2)

Beispiel:
geg: U = 230V
R1 = 5 Ohm
R2 = 10 Ohm

ges: I, R

Lsg:

I = U/R  I = 15,3A
R = R1 + R2 --> R = 15 Ohm

5.
Zeichen Sie den Schaltplan eines verzweigten Stromkreises mit zwei Festwiderständen, nennen Sie die geltenden Gesetze und erläutern Sie diese an einem selbst gewähltem Beispiel.

Schaltplan am Anhang.

Gesetze:
I = I1 + I2 + In
U = U1 = U2 = Un
1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/Rn
Stromteilerregel: (I1/I2) = (R2 / R1)

Beispiel:
geg: U = 230V
R1 = 5 Ohm
R2 = 10 Ohm

ges. : I, R

Lsg:
1/R = 1/5Ohm + 1/10Ohm = 3/10 Ohm R= 10/3 Ohm = 3,3Ohm

I = U/R --> I = 230V/3,3Ohm
I = 69,7A

6.

Jetzt habe ich nochmal eine Frage, zu einer Textaufgabe, weil mir da unsicher bin, ob ich das richtig gelöst habe.

An einer Spannungsquelle mit einer konstanten Klemmspannung von 12V sind zwei Bauelemente mit den elektrischen Widerständen 20 Ohm und 40 Ohm in Reihe geschaltet. Ermitteln Sie die Teilspannung an den beiden Widerständen. Wie ändern sich die Teilspannungen, wenn das zweite Bauelement den elektrischen Widerstand von 60 Ohm hat?

geg: U = 12
R1 = 20 Ohm
R2 = 40 Ohm
R = 60 Ohm / 80 Ohm

ges. : U1, U2

Lsg:

a)
I = U / R = 0,2A
U1 = R1 * I U1 = 20 Ohm * 0,2A U1 = 4V
U2 = I * R2 U2 = 40 Ohm * 0,2A U1 = 8V

b)
I = U / R = 12V/ 80 Ohm --> I = 0,15A

U2 = R2 * I U2 = 60 Ohm * 0,15A U2 = 9V

Bei dieser Aufgabe würde doch bei b) nur U2 ausgerechnet werden, weil sich ja U1 nicht ändert oder?

Nobby1 · Anmeldungsdatum: 19.08.2019 Beiträge: 1548

Wichtig 1 J = 1 Nm = 1 Ws

1 Wh = 3600 Ws, 1 kWh = 1000 Wh = 3,6 *10^6 Ws
Bei den Aufgaben nicht runden.

I = 12/V / 35 ohm = 0,343 A

P =12 V * 0,343 A = 4,11 W

Q = P *t , Q = 4,11W * 5h = 20,55 Wh

Trite · Anmeldungsdatum: 30.12.2019 Beiträge: 68

Okay. Danke für die schnelle Antwort. Meinst du mit "Q" die Arbeit?.. Weil bei mir ist bspw. die Arbeit mit "W" aufgeführt.
Weil Q ist ja meines Wissens nach die "thermische Arbeit"

Trite · Anmeldungsdatum: 30.12.2019 Beiträge: 68

Alle restlichen Fragen, haben sich jetzt eigentlich geklärt.

Meine einzige Frage ist jetzt nur:

geg:
R = 230 Ohm
W = 32,8kWh
Einschaltdauer (t?) = 24h
ges: U, I, P

Wie muss man das Lösen?
Als W umgerechnet habe ich schon:
W = 32,8kWh = 32,8 * 1000 * 3600 -> W = 118080000J = 118080000Ws bzw. :118080kJ = 118080kWs
Aber wie berechne ich da jetzt U, I, P?

Nobby1 · Anmeldungsdatum: 19.08.2019 Beiträge: 1548

Ja ich meinte W.

Trite · Anmeldungsdatum: 30.12.2019 Beiträge: 68

Okay. Alles klar.. Dann habe ich alles soweit verstanden bis auf die Umrechnung:

geg:
R = 230 Ohm
W = 32,8kWh
Einschaltdauer (t?) = 24h
ges: U, I, P

Wie muss man das Lösen?
Als W umgerechnet habe ich schon:
W = 32,8kWh = 32,8 * 1000 * 3600 -> W = 118080000J = 118080000Ws bzw. :118080kJ = 118080kWs
Aber wie berechne ich da jetzt U, I, P?

Nobby1 · Anmeldungsdatum: 19.08.2019 Beiträge: 1548

P = W/t

P =U^2/R = I^2*R

Trite · Anmeldungsdatum: 30.12.2019 Beiträge: 68

Ah ok.