Grundlagen der Elektrotechnik

Inhaltsverzeichnis

 

6 Energiebetrachtungen im elektrischen Stromkreis

Übungsaufgaben

1. a) Welche elektrische Arbeit muss (unter Vernachlässigung aller Energieverluste) mindestens aufgebracht werden, wenn ein 2,4 t schwerer VW Touareg mit einer elektrohydraulischen Hebebühne auf eine Höhe von 1,9 m angehoben werden soll?
  b) Welche Mindestleistung muss der Motor besitzen, wenn für das Anheben des Fahrzeugs eine Zeit von 35 s benötigt wird?
2.   Ein PC mit dem dazugehörigen TFT-Display nimmt eine durchschnittliche Leistung von 273 W auf. Berechnen Sie die jährlichen Energiekosten (365 Tage), wenn der PC durchschnittlich 6 Stunden am Tag genutzt wird und für eine Kilowattstunde 0,21 € zu zahlen ist.
3.   Über eine Pumpanlage werden 75 m³ Wasser in 40 m Höhe gepumpt. Während der Pumpzeit wurden mit dem Zähler 29,2 kWh gezählt.
  a) Wie groß ist die Nutzarbeit?
  b) Mit welchem Wirkungsgrad arbeitet die Pumpanlage?
4.   Wie ändert sich die Leistung, die ein Widerstand aufnimmt, wenn sich die Spannung um den Faktor 2,5 erhöht?
5.   Für den Probeaufbau einer elektronischen Schaltung wird ein 120 Ω Widerstand mit einer maximalen Verlustleistung von 1/8 Watt verwendet. An ihm fällt nach dem Einschalten der Schaltung permanent eine Spannung von 5 V ab.
  a) Zeichnen Sie in die Diagrammvorlage die Kennlinie des Widerstandes ein.
  b) Kennzeichnen Sie auf der Kennlinie den Arbeitspunkt des Betriebszustandes.
  c) Berechnen Sie fünf sinnvolle Stützwerte der Verlustleistungshyperbel und zeichnen Sie den Gesamtverlauf der Hyperbel in das Diagramm ein.
  d) Markieren Sie den „verbotenen Bereich“ der Verlustleistungshyperbel.
  e) Ermitteln Sie grafisch den maximal erlaubten Spannungs- und Stromwert und berechnen Sie die exakten Werte. Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse.
  f) Darf dieser Widerstandstyp bei einer späteren Serienproduktion verwendet werden? Begründen Sie Ihre Antwort!
6.   Für die Aufladung eines Handys über eine konventionelle 12 V-Autobatterie wird die dargestellte Spannungsteilerschaltung verwendet.
  a) Wie groß muss der Widerstand R1 sein, damit das Handy bei einem Ladestrom von IH = 417 mA mit einer Spannung von UH = 5,3 V aufgeladen werden kann?
  b) Welche Leistungen werden in den Widerständen des Spannungsteilers umgesetzt?
  c) Welche maximale Verlustleistungen (Baugröße) wählen Sie für die beiden Widerstände?
(Siehe Bild 6 im Abschnitt 6.2.1 Maximale Verlustleistung von Bauelementen)
  d) Wie groß ist die vom Handy aufgenommene Leistung PH?
  e) Welchen Wirkungsgrad hat die Ladeschaltung?
  f) Wie hoch werden der Strom und die im Widerstand R1 umgesetzte Leistung, wenn am Ausgang des Spannungsteilers ein Kurzschluss entsteht?
  g) Was passiert im Kurzschlussfall?
7.   Ein Elektromotor, der eine elektrische Leistung von 500 W aufnimmt, hat einen Wirkungsgrad von 78 %. Er treibt eine Seilwinde an, die 90 W (Reibungsverluste der Lager und des Seils) als Wärme an die Umgebung abgibt.
  a) Berechnen Sie die an der Welle des Motors abgegebene Leistung PabM.
  b) Wie groß ist die Verlustleistung PMV des Motors?
  c) Welche Leistung Pab steht zum Heben und Senken der Last zur Verfügung?
  d) Wie groß ist der Wirkungsgrad ηS der Seilwinde?
  e) Welchen Gesamtwirkungsgrad η hat das System?

 

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