Übungsaufgaben Elektrotechnik

Vorlesung

Aufgabe 1

Gegeben sei eine Zusammenschaltung einiger Widerstände gemäß Bild 1.

Bild 1

Bestimmen Sie den Gesamtwiderstand RG, der an den Klemmen A-B gemessen werden kann! 


 

Aufgabe 2

Gegeben sei eine Schaltung nach Bild 2.

Bild 2
  1. Gegeben sei: U = 5V, I = 1A, R1 = 2 Ohm.

    2. Bestimmen Sie U2 und R2!
  2. Gegeben sei: I = 100mA, U2 = 10V, R1 = 5 Ohm.

    3. Bestimmen Sie R2 und U!


 

Aufgabe 3

Gegeben sei die folgende Schaltung:

Bild 3

Werte: U2 = 5V, I2 = 0,5A, R1 = 2 Ohm, R = 3 Ohm.

Bestimmen Sie U! 


 

Aufgabe 4

Gegeben sei die Schaltung nach Bild 3 (aus Aufgabe 3). Dabei sind diesmal folgende Werte vorgegeben: U = 22V, R = 2 Ohm, R1 = 10 Ohm, I2 = 5A.

Bestimmen Sie U2! 


 

Aufgabe 5

Gegeben ist eine Schaltung mit zwei Lampen gemäß der folgenden Abbildung:

Bild 4

Werte: U0 = 6V, Typenangaben für Lampe L1: 6V; 2,4W, Typenangaben für Lampe L2: 2,5V; 0,1A
(Die Widerstände der Lampen werden ausnahmsweise als temperaturunabhängig betrachtet)

  1. Welcher Strom fließt, wenn Schalter S1 geschlossen ist?
  2. Wird die Lampe L2 bei Öffnen des Schalters S1 überlastet? (Berechnen Sie hierzu die Nennleistung der Lampe L2 und die Leistungsaufnahme der Lampe L2 in der Schaltung!)
  3. Wie muß die Spannung U0 verändert werden, damit die Lampe L2 mit ihrer Nennleistung betrieben wird (Schalter in geöffneter Stellung)?
  4. Wie groß ist dann die Leistungsaufnahme von L2?


 

Aufgabe 6

Eine 12V- Halogenlampe soll mittels Vorwiderstand an 230V betrieben werden.
  1. Berechnen Sie den Wirkungsgrad!
  2. Berechnen Sie die im Vorwiderstand verbrauchte Leistung, wenn die Nennleistung der Halogenlampe 50W beträgt!


 

Aufgabe 7

Ein 4 Ohm Lautsprecher ist mit einem Verstärker über ein 10m langes, zweiadriges Kupferkabel mit einer Querschnittsfläche von je 0,75mm2 verbunden.
  1. Berechnen Sie den Wirkungsgrad!

    2. Hinweis: spez. Widerstand von Kupfer bei 20°C: rCu = 0,018 Ohm mm2/m
  2. Der Verstärker gebe eine Leistung von 20W ab. Welche Leistung geht im Kabel verloren?


 

Aufgabe 8

Der Wolframdraht einer 60W-Birne hat bei 230V eine Betriebstemperatur von 2500°C. Welchen Widerstand messen Sie bei Raumtemperatur?

Hinweis: Für Wolfram gilt: a20 = 4,1*10-3K-1, ß20 = 10-6K-2


 

Aufgabe 9

Jemand schaltet eine wiederaufladbere Mignon- Zelle (Akku) zu einer normalen Mignon- Zelle (Batterie) parallel, um die Strombelastbarkeit zu verbessern. Aufgrund der unterschiedlichen Leerlaufspannungen (Akku: 1,2V, Batterie 1,5V) kommt es bereits im unbelasteten Fall zu Verlusten. (Innenwiderstand des Akku: 0,7 Ohm; Innenwiderstand der Batterie: 0,5 Ohm)
  1. Berechnen Sie die von der Batterie abgegebene Leistung im unbelasteten Fall (RL -> unendlich)
  2. Für welche Werte von RL bringt die zu Hilfenahme des Akkus überhaupt einen Vorteil?
  3. Berechnen Sie die Werte einer Ersatzspannungquelle und zeichnen Sie den Verlauf der Klemmenspannung in Abhängigkeit des entnommenen Stromes!


 

Aufgabe 10

Gegeben sei eine Stromquelle mit den Daten: I0 = 0,5A, Ri = 100 W. Die Quelle wird belastet mit
  1. ¥ (offene Klemmen)
  2. 10 W
Berechnen Sie jeweils die sich an den Klemmen ergebende Spannung und die abgegebene Leistung. 


 

Aufgabe 11

Mit Hilfe eines analogen Meßgerätes soll die Spannung an einer Anordnung aus Spannungsquelle und Widerstand gemäß Bild gemessen werden. Auf dem Instrument befindet sich die Angabe: 10kOhm/Volt.

Bild 11
  1. Welche Spannung wird im Meßbereich 1V angezeigt?
  2. Welche Spannung wird im Meßbereich 10V angezeigt?
Diese Aufgabe zeigt, daß insbesondere bei hochohmigen Schaltkreisen die Spannungmessung fehlerhaft sein kann.


 

Aufgabe 12

Um Strom und Spannung an einem Verbraucher zu messen, wird folgende Schaltung verwendet:

Bild 12

Die Angabe auf dem Voltmeter sei wiederum 10kW/Volt. Es werde in seinem 30V- Meßbereich betrieben.

  1. welchen Strom zeigt das Amperemeter an?
  2. Welche Leistung wird aus der Quelle entnommen?
(Bei den meisten realen Schaltungen ist der Lastwiderstand allerdings deutlich geringer, so daß der Strom durch das Voltmeter gegenüber dem Strom durch den Verbraucher vernachlässigt werden kann.)


 

Aufgabe13

Spannung und Strom an dem Widerstand R1 im nachfolgenden Bild soll gemessen werden. Jemand hat das Voltmeter in der gezeigten Weise angeschlossen. Das Amperemeter habe einen Innenwiderstand von Ri = 0,1 Ohm. Das Voltmeter sei mit 10kOhm pro Volt angegeben.

Bild 13

Wird der korrekte Spannungwert und der korrekte Stromwert angezeigt? Wie groß ist der Fehler? 


 

Aufgabe 14


Bild 14

Werte: I1 = I2 = I3 = 1A, R1 = R2 = R3 = 1W, U1 = 1V

  1. Berechnen Sie in der obigen Schaltung die Spannung und den Strom am Widerstand R3!
  2. Wie groß ist jeweils die Spannung an den Stromquellen?


 

Aufgabe 15


Bild 15

Werte: U = 10V, R1 = R2 = 50kW, C = 100µF

Nachdem der Schalter S sehr lange in Stellung 1 war wird er ab dem Zeitpunkt t0 =0 für 5 Sekunden in die Stellung 2 gebracht und dann zum Zeitpunkt t1 =5s wieder in die Stellung 1 zurückgebracht.

  1. Zeichnen Sie qualitativ den Verlauf der Spannung UC!
  2. Berechnen Sie den Wert der Spannung UC zu einem Zeitpunkt t2 = 10s !
  3. Wie groß ist zu diesem Zeitpunkt der Strom durch den Schalter?
  4. Welche Energie ist zu diesem Zeitpunkt noch im Kondensator gespeichert?


 

Aufgabe 16:

Gegeben sei ein idealer Transformator. An der Primärseite wurde die Induktivität L1 gemessen. Zum Zeitpunkt t=0 wird der Schalter S1 geschlossen.

Bild 16

Werte: U0 = 10V, n1 = 300, n2 = 150, R = 10 W, L1 = 10mH

Skizzieren Sie den Verlauf der Spannung U1 sowie der Spannung U2 mit Angabe der charakteristischen Werte der Kurve!

Ist ein Transformator zur Übertragung von Gleichspannungen geeignet? 


 

Aufgabe 17:

Bild 17

Gegeben seien zwei Spannungsquellen mit den Spannungen u1(t) und u2(t), deren Verlauf im Bild dargestellt ist. Die Spannungsquellen werden in Reihe geschaltet. Berechnen Sie den Effektivwert der sich ergebenden Summenspannung und zeichnen Sie den Verlauf der resultierenden Spannung in das Diagramm ein! Geben Sie die Frequenz der Spannungen an! 


 

Aufgabe 18:

In der Schaltung gemäß Bild ist die Spannung UC gegeben.

Werte: UC = 5V, 50Hz, R1 = 50W , R2 = 100W , C = 16uF

a) Ermitteln Sie auf zeichnerischem Weg die Größe der Spannung U0 und deren Phasenwinkel zum Gesamtstrom.

b) Ermitteln Sie die von der Schaltung aufgenommene Blindleistung.

c) Ermitteln Sie die von der Schaltung aufgenommene Wirkleistung.


 

Aufgabe 19:

Im Bild ist ein induktiver Verbraucher symbolisiert durch L und R1 dargestellt. Dieser Verbraucher ist über eine verlustbehaftete Leitung an die Quelle U angeschlossen. Die Verluste seien symbolisiert durch den Widerstand R2.

Bild 18

Werte: U = 230V, f = 50Hz, R1 = 50W, R2 = 1W, L = 64mH

a) Berechnen Sie die Leistungsaufnahme im Widerstand R1 sowie die Verluste im Widerstand R2!

Nun soll die Blindleistung des Verbrauchers durch in Reihe schalten eines Kondensators kompensiert werden.

b) Berechnen Sie die für eine vollständige Kompensation erforderliche Kapazität

c) Welche Spannungsfestigkeit muß der Kondensator besitzen?

d) Wie groß ist bei vollständiger Kompensation durch den Kondensator die Leistungsaufnahme des Widerstandes R1 und die Verlustleistung im Widerstand R2? 


 

Aufgabe 20

In einer Firma sind in einer Fertigungshalle die folgenden Komponenten an die 230V-Versorgung angeschlossen: 1 Elektromotor mit einer mechanischen Leistung von 2,2kW (cos(j) = 0,82, h = 0,76), 1 Heizgerät mit einer Wärmeleistung von 2kW und 40 Leuchtstofflampen je 48W mit einer Stromaufnahme von je 0,43A.

a) Welcher Strom fließt in der Zuleitung (Betrag und Phase)?

b) Wieviel muß die Firma an das EVU monatlich bezahlen, wenn der Preis für eine kWh Wirkleistung 0,35DM und für eine kvarh Blindleistung 0,05 DM beträgt und die Verbraucher an 20 Tagen je 10h betrieben werden? 

 

Aufgabe 21

Gegeben sei die obige Schaltung aus Widerstand und Kondensator.

a) Wie groß ist die Spannung Ua bei der Frequenz w1=2pf1 =1/RC?

b) Zeichnen Sie qualitativ den Verlauf der Spannung Ua über der Frequenz f mit Markieren des Punktes f1! 


 

Aufgabe 22

Gegeben sei ein idealer Transformator, der gemäß obigem Bild verschaltet ist. Bestimmen Sie den Eingangswiderstand der Schaltung! 

n1 = 100, n2 = 200, n3 = 300, R = 1 kW


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