Grundlagen der Elektrotechnik

Inhaltsverzeichnis

 

7 Elektronische Bauelemente im Gleichstromkreis

Übungsaufgaben

1.   Ein Keramiktrimmer hat eine wirksame Plattenfläche von 2,4 cm2. Zwischen den Platten befindet 0,25 mm dicker Glimmer (εr = 8).
Berechnen Sie die Kapazität des Trimmers.
2.   Wie groß müssen die Flächen eines Luftkondensators mit der Kapazität von 1 F sein, wenn der Plattenabstand 5 mm beträgt?
3.   Wie groß ist die Gesamtkapazität der folgenden Schaltung?
4.   Welche besonderen Eigenschaften haben Metallpapierkondensatoren?
5.   Ein Auszubildender erhält von seinem Meister den Auftrag eine Verzögerungsschaltung für eine Kleinsignallampe zu entwerfen. Die Zeitverzögerung soll mit einem Potentiometer in einem Bereich von 0,5 bis 5,5 s einstellbar sein. Das Ergebnis seines Entwurfes ist die dargestellte Schaltung.
  a) Wie groß ist die Zeitkonstante bei der maximalen Zeitverzögerung von 5,5 s und welche Kapazität ergibt sich daraus für den Kondensator?
  b) Welchen Wert erreicht die Spannung an der Signallampe bei maximal eingestellter Zeitverzögerung?
  c) Die Signallampe brennt nach kurzer Zeit durch, wenn das Potentiometer an den linken Anschlag (A, R1 = 0 Ω) gedreht wird. Was ist die Ursache für das Durchbrennen?
  d) Wie und in welcher Höhe muss ein zusätzlicher Widerstand in die Schaltung eingebaut werden, damit es nicht zu einer Zerstörung der Signallampe kommen kann?
  e) Wie groß ist die Zeitkonstante beim Entladen des Kondensator, wenn der Stromkreis über den Schalter S abgeschaltet wird?
Für die Berechnung wird vereinfacht angenommen, dass der Glühlampenwiderstand temperaturunabhängig und konstant ist.
6.   In der nachfolgenden RC-Schaltung stellt sich nach dem Einschalten des Stromkreises am Widerstand R1 der im Diagramm dargestellte Spannungsverlauf ein.
  a) Wie groß ist der Strom im Moment des Einschaltens, wenn der Kondensator keine Ladung besitzt?
  b) Welchen Wert hat der zur E24-Reihe gehörende Widerstand R2?
  c) Wie groß ist die Kapazität des Kondensators?
  d) Nach welcher Zeit ist der Kondensator vollständig aufgeladen?
  e) Welche elektrische Energie kann der Kondensator maximal speichern?
  f) Zeichnen Sie den Verlauf der Spannung am Kondensator möglichst genau in dieses Diagramm ein und nutzen Sie dafür die charakterischen Größen zu den Zeitpunkten
t = τ | t = 2·τ | t = 3·τ | t = 4·τ und t = 5·τ.
  g) Berechnen Sie mit Hilfe der e-Funktion die exakte Zeit, bei der die Kondensatorspannung die Hälfte des Maximalwertes erreicht und vergleichen Sie diesen Wert mit der von Ihnen gezeichneten e-Funktion.
7.   Durch einen Kupferleiter mit Kreisquerschnitt fließt ein Strom von I = 10 A.
Wie groß ist die magnetische Feldstärke in einem Abstand von 20 cm vom Leitermittelpunkt?
8.   Durch eine Spule mit 3200 Windungen fließt ein Strom von 0,75 A.
Wie groß ist die magnetische Durchflutung Θ?
9.   Eine Ringspule mit 600 Windungen hat einen äußeren Durchmesser von 30 cm und einen inneren von 25 cm. Wie hoch ist die magnetische Feldstärke, wenn durch sie ein Strom von 1,5 A fließt?
10.   Ein Relais besitzt eine Wicklung mit 1200 Windungen. Es nimmt bei einer Spannung vorn 48 V eine Leistung von 5 W auf.
  a) Wie groß ist der Strom durch die Spule?
  b) Welcher Wert ergibt sich für die magnetische Durchflutung?
  c) Welche magnetische Feldstärke ergibt sich im Kernmaterial, wenn die mittlere Feldlinienlänge 30 cm beträgt?
  d) Wie groß ist die Permeabilität des Materials bei einer magnetischen Flussdichte von 1,8 T?
  e) Welche Permeabilitätszahl besitzt das Kernmaterial?
11.   Eine zylindrische Spule hat eine Länge von 10 cm und einen Durchmesser von 0,8 cm. Sie besitzt einen Kern aus technischem Eisen (µr = 250).
Wie groß ist die Induktivität der Spule?
12.   In der folgenden Schaltung wird nach längerem Betrieb der Schaltung der Stromkreis mit dem Schalter S abgeschaltet.
  a) Welchen Wert hat der Strom kurz vor dem Abschalten?
  b) Wie hoch ist die (theoretische) Induktionsspannung im Ausschaltmoment am Schalterkontakt, wenn sich kurz nach dem Öffnen ein Widerstand von 1 MΩ zwischen den Kontaktfedern einstellt?
  c) Wie groß ist die Selbstinduktionsspannung im Abschaltaugenblick, wenn die Schaltung statt mit 10 V lediglich mit 1,5 V gespeist wird?
13.   Welcher Wert ergibt sich für die Gesamtinduktivität in der abgebildeten Gruppenschaltung?

 

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