1. Leseprobe - STARK Verlag
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32 r Schaltungen von Widerständen 8 Vorwiderstand Um zu verhindern, dass ein Energiewandler überhitzt oder beschädigt wird, schaltet man einen Vorwiderstand in Reihe. Dabei ist der Begriff Vorwiderstand irreführend: In welcher Position sich der Vorwiderstand in der Reihenschaltung befindet, ist egal. Eigentlich müsste der Vorwiderstand „zusätzlicher Widerstand in Reihe“ genannt werden. Ein Vorwiderstand wird dazu verwendet, um den Spannungsabfall an einem Energiewandler auf einen bestimmten Wert zu begrenzen. Beispiel Ein Lämpchen weist die Betriebsdaten 2,0 V und 4,0 Ω auf. Der Spannungsabfall am Lämpchen sollte also 2,0 V betragen. Als Elektrizitätsquelle steht nur eine 4,5-V-Batterie zur Verfügung. Wie groß muss der Vorwiderstand sein? U = 4,5 V UVL= 4,5 V RV UL= 2,0 V RL= 4,0 W Lösung: Spannungsabfall an der Reihenschaltung Die anliegende Spannung U fällt vollständig an der Reihenschaltung ab. U = UVL ⇒ UVL = 4,5 V Spannungsabfall am Vorwiderstand Der Spannungsabfall teilt sich auf die beiden Widerstände auf. Somit lässt sich der Spannungsabfall am Vorwiderstand berechnen. UVL = UV + UL ⇒ UV = UVL – UL UV = 4,5 V – 2,0 V 1 gültige Nachkommastelle [TR: 2,5] UV = 2,5 V Stromstärke durch das Lämpchen Die Formel R = UI kann auch auf das Lämpchen angewendet werden. Mit den Betriebsdaten des Lämpchens (UL; RL) kann man die Stromstärke berechnen: RL = IL = UL IL 2,0 V 4,0 Ω U ⇒ IL = R L L 2 gültige Ziffern [TR: 0,5] I L = 0,50 A Vorwiderstand Da eine Reihenschaltung vorliegt, gilt: IVL = IV = IL, also IV = 0,50 A Schaltungen von Widerständen r 33 Auch auf den Vorwiderstand kann die Formel R = UI angewendet werden. Mit dem Spannungsabfall und der Stromstärke des Vorwiderstands lässt sich sein Widerstand berechnen: RV= RV= UV IV 2,5 V 0,50 A 2 gültige Ziffern [TR: 5] R V = 5,0 Ω 33 Ein kleiner Elektromotor (6,0 V/ 200 mA) soll betrieben werden. Als Elektrizitätsquelle steht jedoch nur eine 9,0-V-Blockbatterie zur Verfügung. a) Warum ist der Vorwiderstand zu dem Elektromotor in Reihe zu schalten und nicht parallel? b) Fertige eine Schaltskizze an und trage die gegebenen Größen ein. (Trage auch die im Folgenden berechneten Größen ein.) c) Wie groß muss der Spannungsabfall am Vorwiderstand sein? d) Bestimme die Stromstärke durch den Vorwiderstand. [Ergebnis: IV = 200 mA] e) Wie groß muss der Vorwiderstand sein? 34 Berechne für die folgenden Situationen jeweils den erforderlichen Vorwiderstand. a) Ein Lämpchen (3,0 V/ 10 Ω) soll mit einer 4,5-V-Batterie betrieben werden. b) An eine Autobatterie (12,0 V) soll ein Elektromotor (Soll-Spannung 8,0 V) angeschlossen werden. Die Leistungsaufnahme des Energiewandlers beträgt 4,0 W. 35 Die USB-Schnittstelle des Laptops liefert eine Spannung von 5,0 V. Die Funktionseinheit eines USB-Surfsticks kann als ein normaler Energiewandler (Widerstand RF) betrachtet werden. Durch diesen müssen 125 mA fließen. Zu diesem Zweck ist in den Surfstick zusätzlich ein Vorwiderstand von 10,0 Ω eingebaut. a) Erstelle eine Schaltskizze und trage darin die bekannten Größen ein. b) Wie groß ist der Spannungsabfall am USB-Stick?
