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Übung AFB I

Zehn Aufgaben — von der Netzfrequenz bis zum Pumpspeicherkraftwerk, gestuft mit Hilfen bei Bedarf.

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Aufgabenblock — AFB I

Zehn Standardaufgaben zum Reproduzieren: Formel kennen, Werte einsetzen, ausrechnen. Das sind die sicheren Punkte in jeder Arbeit — hier holst du sie dir.

A1
Netzfrequenz
AFB I

Nenne die Frequenz der Wechselspannung, mit der das deutsche Stromnetz arbeitet.

Hz
Netzfrequenz: im europäischen Verbundnetz gilt f = 50 Hz. Setze ein: eine volle Periode dauert T = 1/f = 0,02 s.
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Im europäischen Verbundnetz durchläuft die Spannung 50 vollständige Perioden pro Sekunde. = 50 Hz
A2
Schwellenspannung einer Diode
AFB I

Eine Siliziumdiode sperrt in Sperrrichtung vollständig und leitet in Durchlassrichtung erst ab einer bestimmten Spannung. Gib diese Schwellenspannung an.

V
Schwellenspannung: bei Silizium gilt US ≈ 0,7 V. Setze ein: unterhalb von 0,7 V fließt praktisch kein Strom.
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Silizium-Dioden brauchen rund 0,7 V in Durchlassrichtung, erst dann leiten sie. = 0,7 V
A3
Leistung eines Wasserkochers
AFB I

Ein Wasserkocher wird an U = 230 V betrieben und nimmt dabei die Stromstärke I = 9,0 A auf. Berechne seine elektrische Leistung.

W
Elektrische Leistung: P = U · I. Setze ein: P = 230 V · 9,0 A.
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P = U · I = 230 V · 9,0 A = 2070 W
A4
Energie eines Kühlschranks
AFB I

Ein Kühlschrank hat die mittlere Leistung P = 120 W und läuft t = 24 h am Tag. Bestimme die elektrische Energie, die er an einem Tag aufnimmt.

kWh
Elektrische Energie: E = P · t. Setze ein: E = 0,120 kW · 24 h.
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E = P · t = 0,120 kW · 24 h = 2,88 kWh
A5
Frequenz aus der Periodendauer
AFB I

Auf dem Oszilloskop dauert eine volle Periode einer Wechselspannung T = 4 ms. Ermittle die Frequenz dieser Spannung.

Hz
Frequenz und Periodendauer: f = 1/T. Setze ein: f = 1 / 0,004 s.
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f = 1/T = 1 / 0,004 s = 250 Hz
A6
Sekundärspannung eines Transformators
AFB I

Ein Klingeltransformator hat n1 = 920 Windungen auf der Primärseite und n2 = 48 Windungen auf der Sekundärseite. Er liegt an U1 = 230 V. Löse die Transformatorgleichung nach U2 auf und gib den Wert an.

V
Transformatorgleichung: U1 : U2 = n1 : n2, also U2 = U1 · n2 : n1. Setze ein: U2 = 230 V · 48 : 920.
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U2 = U1 · n2 : n1 = 230 V · 48 : 920 = 12 V
A7
Typenschild eines Netzteils
AFB I

Auf dem Typenschild eines Laptop-Netzteils steht: Eingang 230 V ∼, 50 Hz — Ausgang 19,5 V ⎓, 3,3 A. Lies die Stromstärke ab, die das Netzteil auf der Gleichspannungsseite liefert.

A
Typenschild: ∼ kennzeichnet Wechselgrößen, ⎓ Gleichgrößen. Setze ein: die Ausgangszeile nennt 19,5 V und 3,3 A.
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Die Gleichspannungsseite ist die Ausgangsseite; dort steht die Stromstärke direkt auf dem Schild. = 3,3 A
A8
Spannung der obersten Netzebene
AFB I

Das deutsche Stromnetz hat vier Ebenen: Höchstspannung, Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung. Ordne der Höchstspannungsebene ihre übliche Spannung zu.

kV
Netzebenen: 380 kV — 110 kV — 20 kV — 400 V. Setze ein: die oberste Ebene transportiert Energie über hunderte Kilometer.
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Die Höchstspannungsebene überträgt mit 380 kV (teils 220 kV) über weite Strecken. = 380 kV
A9
Wirkungsgrad eines Elektromotors
AFB I

Ein Elektromotor nimmt Ezu = 500 J elektrische Energie auf und gibt davon Enutz = 400 J als Bewegungsenergie ab. Fasse beide Werte zu einer einzigen Kennzahl zusammen: dem Wirkungsgrad in Prozent.

%
Wirkungsgrad: η = Enutz : Ezu. Setze ein: η = 400 J : 500 J.
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η = Enutz : Ezu = 400 J : 500 J = 0,80 = 80 %
A10
Pulsfrequenz nach dem Brückengleichrichter
AFB I

Ein Brückengleichrichter klappt beide Halbwellen der 50-Hz-Netzspannung nach oben. Stelle dar, wie oft die gleichgerichtete Spannung dadurch pro Sekunde ansteigt und wieder abfällt — gesucht ist diese Pulsfrequenz.

Hz
Pulsfrequenz: fPuls = 2 · fNetz beim Brückengleichrichter. Setze ein: fPuls = 2 · 50 Hz.
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Beide Halbwellen werden genutzt, also verdoppelt sich die Frequenz: fPuls = 2 · 50 Hz = 100 Hz