2.10 Übungsaufgaben

Aufgabe 2.10.1
(Spannung)
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Ein Widerstand liegt an einer Spannung U. Wird die Spannung um ΔU = 16,8V erhöht, so nimmt die Stromstärke um p = 7% zu.

Wie groß ist die Spannung U?

Aufgabe 2.10.2
(Widerstand)
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Der Bleimantel eines Kabels besitzt einen Außendurchmesser von da = 15mm und eine Wandstärke von s = 0,5mm (ϱ = 21 108Ωm). Die Kabellänge beträgt l = 100m.

Welchen Widerstand R hat der Bleimantel?

Aufgabe 2.10.3
(Widerstand)
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Es soll ein Widerstand von R = 500Ω aus Konstantandraht von d = 0,4mm Durchmesser gewickelt werden (κ = 2 106S∕m).

Welche Drahtlänge l ist erforderlich?

Aufgabe 2.10.4
(Temperatur)
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Die Wicklung eines Motors (α = 3,9 103K1) hat bei einer Temperatur T1 = 20 C den Widerstand R 1 = 0,325Ω.

Wie groß ist der Widerstand R2 der Wicklung bei T2 = 95 C?

Aufgabe 2.10.5
(Temperatur)
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Eine Spule aus Aluminiumdraht (α = 4,2 103K1) wird an eine Spannungsquelle mit U = 220V angeschlossen. Zu Beginn der Messung fließt bei einer Spulentemperatur von T1 = 20 C der Strom I1 = 5A. Am Ende der Messung ist der Strom bei gleicher Spannung auf I2 = 4A gesunken.

Welche mittlere Temperatur T2 hat sich in der Spule eingestellt?

Aufgabe 2.10.6
(Temperatur)
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Erwärmt man einen Leiter von T1 = 20 C auf T 2 = 80 C, so nimmt sein Widerstand um p = 0,84% zu.

Wie groß ist der Temperaturkoeffizient α des Leitermaterials?

Aufgabe 2.10.7
(Leistung)
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Um wie viel Prozent steigt die Leistung eines Elektrowärmegerätes, wenn die anliegende Spannung von U1 = 220V auf U2 = 230V erhöht wird? (Der Widerstand des Gerätes kann als konstant angenommen werden.)

Aufgabe 2.10.8
(Leistung)
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In einem an der Spannung U liegenden Heizdraht wird eine Leistung P in Wärme umgesetzt. Der Heizdraht soll durch einen anderen Heizdraht aus dem gleichen Material und gleicher Länge, jedoch mit einem um 30% größeren Querschnitt ersetzt werden.

Um wie viel Prozent muss die anliegende Spannung herabgesetzt werden, damit die vom Draht aufgenommene Leistung unverändert bleibt?

Aufgabe 2.10.9
(Leistung)
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Ein Elektromotor ist über einen Zähler angeschlossen, dessen Typenschild die Angabe „1 kWh = 1800 Ankerumdrehungen“ enthält.

Welche Leistung nimmt der Motor auf, wenn der Anker des Zählers in 5 Minuten 8 volle Umdrehungen macht?

Aufgabe 2.10.10
(Leistung)
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Das Leistungsschild eines Gleichstrommotors enthält folgende Angaben: U = 220V ; I = 18A; P = 3,3kW .

  1. Wie groß ist der Wirkungsgrad η der Maschine bei den angegebenen Daten ?
  2. Wie hoch sind die Energiekosten bei einem Arbeitspreis von 0,15∕kWh, wenn der Motor 5 Stunden in Betrieb ist?

Aufgabe 2.10.11
(Leistung)
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Um eine bestimmte Wassermenge mit vorgegebener Anfangstemperatur mit dem Tauchsieder zum Sieden zu bringen, dauert es bei einer anliegenden Spannung von U1 = 200V genau Δt = 5min länger als bei einer Spannung von U2 = 220V .

Welche Zeit t wird bei 220V benötigt?

Aufgabe 2.10.12
(Widerstand)
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Die angegebene Schaltung mit R1 = R3 = 3Ω und R2 = R4 = 6Ω liegt an der Spannung U = 24V .

Die Ströme I1 bis I5 sind zu berechnen.

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Aufgabe 2.10.13
(Netzwerk)
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Bei der angegebenen Schaltung mit den Widerständen R1 = 20Ω, R2 = 60Ω, R3 = 20Ω, R4 = 30Ω und R5 = 60Ω beträgt der im Widerstand R2 fließende Strom I2 = 0,3A.
PIC

Die Ströme I1, I3, I4, I5 und die Spannung U sind zu bestimmen.

Aufgabe 2.10.14
(Leitung)
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Ein Gleichstrommotor soll über ein zweiadriges Kabel der Länge l = 50m an eine Spannungsquelle angeschlossen werden. Der Motor gibt bei der anliegenden Spannung U = 110V und dem Wirkungsgrad η = 0,75 die Leistung P = 3kW ab. Der Kupferquerschnitt jeder Leitungsader beträgt A = 6mm2 (ϱ = 17,6 109Ωm).

Welche Spannung Umuss am Leitungsanfang anliegen, damit der Motor an U = 110V liegt?

Aufgabe 2.10.15
(Leitung)
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Ein Verbraucher mit dem Widerstand R = 10Ω soll über ein zweiadriges Kabel (Leitungsadern aus Kupfer mit ϱ = 17,6 109Ωm) der Länge l = 71m an eine Spannungsquelle mit U = 220V angeschlossen werden (siehe Skizze).
PIC

Wie groß ist der Querschnitt A jeder Leitungsader zu wählen, wenn der Leistungsverlust im Kabel Pv = 400W betragen darf? (Rechnerisch sind zwei Querschnitte möglich. Es ist nur der größere der beiden möglichen Querschnitte anzugeben.)

Aufgabe 2.10.16
(Spannung)
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In der angegebenen Schaltung mit R1 = R4 = 2Ω und R2 = R3 = 4Ω ist U = 10V .

Welche Spannung liegt zwischen den Punkten A und B?

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Aufgabe 2.10.17
(Widerstand)
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Ein Draht ist zu einem Kreis gebogen und in sich geschlossen.

Um welchen Faktor ist der zwischen den Punkten A und B liegende Widerstand RAB = RAB1||RAB2 größer als der zwischen den Punkten C und D liegende Widerstand RCD = RCD1||RCD2, wenn α = 50 und β = 100 beträgt?

PIC

Aufgabe 2.10.18
(Widerstand)
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Ein Draht mit dem Widerstand R wird zu einem Rechteck gebogen, die Enden werden verlötet.

Wie groß muss das Verhältnis der Rechteckseiten x = a∕b sein, damit der zwischen den Punkten A und B liegende Widerstand RAB = 0,16 R ist (siehe Skizze)?

PIC

Aufgabe 2.10.19
(ESQ)
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Wird eine reale Spannungsquelle durch den Widerstand R1 = 20Ω belastet, so beträgt die Klemmenspannung U1 = 20V . Belastet man die gleiche Spannungsquelle durch den Widerstand R2 = 12Ω, so beträgt die Klemmenspannung U2 = 18V .

Der Innenwiderstand Ri und die Quellenspannung Uq der Spannungsquelle sind zu bestimmen.

Aufgabe 2.10.20
(Last)
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Der angegebene Spannungsteiler enthält die Widerstände R1 = 60Ω und R2 = 50Ω.

Um wie viel Prozent ändert sich die Spannung U2, wenn ein Lastwiderstand von R = 100Ω angeschlossen wird? (U1 = const.)

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Aufgabe 2.10.21
(Last)
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Der angegebene Spannungsteiler enthält die Widerstände R1 = 10Ω und R2 = 50Ω.

Welchen Wert muss der Lastwiderstand R mindestens haben, damit sich die Spannung U2 beim Anschließen von R höchstens um 10% ändert?

PIC

Aufgabe 2.10.22
(Last)
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Der angegebene Spannungsteiler soll so ausgelegt werden, dass im unbelasteten Zustand U2 = 0,2 U1 ist. Wird ein Lastwiderstand von R = 360Ω angeschlossen, so soll sich U2 um 10% ändern.

Welche Werte sind für R1 und R2 erforderlich?

PIC

 

Alternative Aufgabenstellung: (1) Nur 1. Bedingung: U2 = 0,2 U1 und danach (2) erst 2. Bedingung: U2 = 0,9U2.

Ist das noch die selbe Aufgabe?

Aufgabe 2.10.23
(Kennlinie)
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Eine Spannungsquelle mit der Quellenspannung Uq = 12V und dem Innenwiderstand Ri = 2,soll durch zwei Widerstände (R1 und R2) so beschaltet werden, dass die Anordnung die angegebene Strom-Spannungs-Kennlinie erhält.

Welche Werte sind für R1 und R2 erforderlich?

PIC

Aufgabe 2.10.24
(Kennlinie)
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Die angegebene Schaltung mit R1 = 24Ω und R2 = 90Ω hat die dargestellte Strom-Spannungs-Kennlinie.

Die Größen Uq und Ri sind zu bestimmen.

PIC