7 Elektrotechnik Grundlagen
Werbung
TG 30 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN Inhaltsverzeichnis 7 Elektrotechnik Grundlagen 7.1 Serie- und Parallelschaltung von Widerständen 7.2 Materialerkennung 7.3 Widerstandsschaltung (Kombination 1) 7.4 Widerstandsschaltung (Kombination 2) 7.5 Konstanter Widerstand an Gleichspannung 7.6 Widerstand an konstanter Gleichspannung 7.7 Unbelasteter Spannungsteiler 7.8 Belasteter Spannungsteiler 7.9 Prüfwiderstand im Fehlerstromschutzschalter 7.10 Schutzwiderstand im Phasenprüfer 7.11 Leistung und Temperatur einer Glühlampe 7.12 Leistung und Temperatur einer Kohlenfadenlampe 7.13 Leistung eines Heizkörpers 7.14 Widerstände einer Massekochplatte 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 7 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN Elektrotechnik Grundlagen 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SERIE- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTÄNDEN Seite 1 7.1 Serie- und Parallelschaltung von Widerständen Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ R3 R1 R2 R2 R1 R3 Bild 722.01.01 Allgemeine Gleichung zur Berechnung beliebig vieler serieller Widerstände 22. November 2009 Allgemeine Gleichung zur Berechnung beliebig vieler paralleler Widerstände www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SERIE- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTÄNDEN Seite 2 7.1.1 Wichtige bildliche Darstellungen und Erläuterungen Einführung Repetitionsübungen Messgeräte kennen lernen Messgeräte bearbeiten Repetition ohmsches Gesetz Repetition Widerstand elektrischer Leiter 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 1 7.1.2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SERIE- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTÄNDEN Seite 3 Internetrecherche Serieschaltung 1. Serieschaltung mit gleichen Widerständen 2. Serieschaltung mit ungleichen Widerständen I A I A A I1 A I1 V U1 R1 U V U I2 U V I2 V R2 U2 Abb. 2 1.1 Messprotokoll 2.1 Messprotokoll R1 100 ; R2 100 R1 100 ; R2 200 A I1 A A I1 A A I2 A A I2 A A I A A I A V U1 V V U1 V V U2 V V U2 V V U V V U V 22. November 2009 V A U2 Abb. 1 1.2 Wichtige Erkentnisse U1 U A R2 V R1 2.2 Wichtige Erkentnisse www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SERIE- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTÄNDEN Seite 4 Notizen 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SERIE- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTÄNDEN 7.1.3 Seite 5 Internet-Recherche Parallelschaltung 1. Parallelschaltung mit gleichen Widerständen A I A A I1 V U 2. Parallelschaltung mit ungleichen Widerständen R1 A A I1 I2 V U1 I R2 V U V R1 U2 Abb. 3 A V U1 2.1 Messprotokoll R1 100 ; R2 100 R1 100 ; R2 200 A I1 A A I1 A A I2 A A I2 A A I A A I A V U1 V V U1 V V U2 V V U2 V V U V V U V 22. November 2009 R2 V U2 Abb. 4 1.1 Messprotokoll 1.2 Wichtige Erkentnisse I2 2.2 Wichtige Erkentnisse www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SERIE- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTÄNDEN Seite 6 Notizen 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 1 7.1.4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SERIE- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTÄNDEN Seite 7 Laborversuch Serieschaltung 1. Serieschaltung mit gleichen Widerständen 2. Serieschaltung mit ungleichen Widerständen I A I A A I1 A I1 V U1 R1 U V U I2 U V I2 V R2 U2 Abb. 6 1.1 Messprotokoll 2.1 Messprotokoll R1 100 ; R2 100 R1 100 ; R2 200 A I1 A A I1 A A I2 A A I2 A A I A A I A V U1 V V U1 V V U2 V V U2 V V U V V U V 22. November 2009 V A U2 Abb. 5 1.2 Wichtige Erkentnisse U1 U A R2 V R1 2.2 Wichtige Erkentnisse www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SERIE- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTÄNDEN Seite 8 Notizen 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SERIE- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTÄNDEN Seite 9 7.1.5 Laborversuch Parallelschaltung 1. Parallelschaltung mit gleichen Widerständen A I A A I1 V U 2. Parallelschaltung mit ungleichen Widerständen R1 A A I1 I2 V U1 I R2 V U V R1 U2 Abb. 7 A V U1 2.1 Messprotokoll R1 100 ; R2 100 R1 100 ; R2 200 A I1 A A I1 A A I2 A A I2 A A I A A I A V U1 V V U1 V V U2 V V U2 V V U V V U V 22. November 2009 R2 V U2 Abb. 8 1.1 Messprotokoll 1.2 Wichtige Erkentnisse I2 2.2 Wichtige Erkentnisse www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SERIE- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTÄNDEN Seite 10 Notizen 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SERIE- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTÄNDEN Seite 11 7.1.6 Evaluation 1 Meine Meinung zur Internetrecherche Abb. 9 2. Meine Meinung zur Laborübung Abb. 10 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN MATERIALERKENNUNG Seite 1 7.2 Materialerkennung Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 7.2.1 Aufgabenstellung Beliebiger Drahtbund oder Drahtspulen sind zu untersuchen. Die entsprechenden Messungen und Berechnungen sind auszuführen, damit die jeweilige die Materialkonstanten und damit das vorhandene Material bestimmt werden kann. 7.2.2 Formelsammlung zu Drahtspule dm di da 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 2 7.2.3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN MATERIALERKENNUNG Seite 2 Betriebsmittel Drahtbünde Konstantan, Wolfram, Chromnickel, Eisen und Kupfer. Messgeräte für Widerstandsmessung, Spannungs- und Strommessung. 7.2.4 Messschaltung Mit Hilfe der zwei Messschaltungen sollen die Drahtwiderstände bestimmt werden. Zeichnen sie diese Schaltungen auf. Alle Messgeräte sind zu bezeichnen. Messschaltung 1 7.2.5 Messschaltunmg 2 Berechnungen 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN MATERIALERKENNUNG 7.2.6 Seite Messprotokoll Bauen Sie die Schaltung auf und führen Sie die Messungen aus. Schreiben Sie die Messdaten übersichtlich auf und führen Sie anschliessend eventuelll notwendige Berechnungen durch. Messung Strom Spannung Widerstand berechnet Widerstand gemessen Drahtlänge gemessen Durchmesser Leiter gemessen Querschnitt berechnet Materialkonstante berechnet Material I [mA] U [V ] R [] R [] l [m] d [mm ] A[mm2 ] [mm2 / m] 1 2 3 4 5 6 Länge A Berechnungen: Material V 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 3 TG 30 7 2 7.2.7 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN MATERIALERKENNUNG Seite 4 Reflexion, Kernaussagen und Formelsammlung Erklären und begründen Sie die Messungen bzw. die ersichtlichen Unterschiede oder Gemeinsamkeiten. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTANDSSCHALTUNG (KOMBINATION 1) Seite 1 7.3 Widerstandsschaltung (Kombination 1) Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 7.3.1 Aufgabenstellung Eine gemischte Schaltung ohmscher Widerstände soll messtechnisch untersucht werden. Verschalten Sie den Versuchsaufbau an 10 V Gleichspannung. Messen Sie alle in der Schaltung bezeichneten Ströme und Spannungen. Tragen Sie alle Messwerte in die Tabelle und in der Schaltung ein. Mindestens ein Knoten- und ein Maschensatz sind rechnerisch nachzuweisen. Der Gesamtwiderstand ist aus der Schaltung zu berechnen. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTANDSSCHALTUNG (KOMBINATION 1) 7.3.2 2 Bauteile R1 = 680 ; R2 = 1 k ; R3 = 10 k ; R4 = 6,8 k ; R5 = 470 ; R6 = 330 7.3.3 Seite Die Widerstände sind möglichst genau zu wählen. Fehlt ein Widerstandswert, so muss er mit Potentiometer oder mir anderen Widerständen in Kombination angenähert werden. Schaltung Maschensatz 22. November 2009 Knotensatz www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTANDSSCHALTUNG (KOMBINATION 1) 7.3.4 Seite 3 Tabellen Spannungen U1 U2 U3 U4 U5 U6 U I1 I2 I3 I4 I5 I6 I V Ströme A Gesamtwiderstand gerechnet aus Messwerten Widerstand Rges Geamtwiderstand gemessen mit Ohmmeter Widerstand Rges Rges U I1 7.3.5 Berechnungen Widerstandsschaltung Geamtwiderstand Berechnet aus Widerstandsschaltung Widerstand Rges 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTANDSSCHALTUNG (KOMBINATION 1) 7.3.6 Seite 4 Reflexion, Kernaussagen und Formelsammlung Erklären und begründen Sie die Messungen bzw. die ersichtlichen Unterschiede oder Gemeinsamkeiten. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTANDSSCHALTUNG (KOMBINATION 2) Seite 1 7.4 Widerstandsschaltung (Kombination 2) Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 7.4.1 Aufgabenstellung Eine gemischte Schaltung ohmscher Widerstände soll messtechnisch untersucht werden. Verschalten Sie den Versuchsaufbau an 10 V Gleichspannung. Messen Sie alle in der Schaltung bezeichneten Ströme und Spannungen. Tragen Sie ale Messwerte in die Tabelle und in der Schaltung ein. Mindestens ein Knoten- und ein Maschensatz sind rechnerisch nachzuweisen. Der Gesamtwiderstand der Schaltung ist durch Rechnung nachzubilden. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTANDSSCHALTUNG (KOMBINATION 2) 7.4.2 2 Bauteile R1 = 330 ; R2 = 470 ; R3 = 6,8 k ; R4 = 10 k ; R5 = 1 k ; R6 = 680 7.4.3 Seite Die Widerstände sind möglichst genau zu wählen. Fehlt ein Widerstandswert, so muss er mit Potentiometer oder mir anderen Widerständen in Kombination angenähert werden. Schaltung Maschensatz 22. November 2009 Knotensatz www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTANDSSCHALTUNG (KOMBINATION 2) 7.4.4 Seite 3 Tabellen Spannungen U1 U2 U3 U4 U5 U6 I1 I2 I3 I4 I5 I6 U V Ströme A Gesamtwiderstand gerechnet aus Messwerten Geamtwiderstand gemessen mit Ohmmeter Widerstand Widerstand Rges Rges Rges U I1 7.4.5 Berechnungen Widerstandsschaltung Geamtwiderstand Berechnung aus Schaltung Widerstand Rges 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTANDSSCHALTUNG (KOMBINATION 2) 7.4.6 Seite 4 Reflexion, Kernaussagen und Formelsammlung Erklären und begründen Sie die Messungen bzw. die ersichtlichen Unterschiede oder Gemeinsamkeiten. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 5 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN KONSTANTER WIDERSTAND AN GLEICHSPANNUNG Seite 1 7.5 Konstanter Widerstand an Gleichspannung Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 7.5.1 Auftrag, Versuchsbeschreibung Übung zum ohmschen Gesetz und zur Leistung. Die Strom- Spannungskennlinie I = f (U) und die Leistungs-Spannungskennlinie P=f(U) bei R=konstant“ eines ohmschen Widerstandes soll aufgenommen werden. Es soll weiter aus den Messresultaten der Spannungsverlauf am Widerstand aufgezeichnet werden. Prüfen Sie den Widerstand R mit einem Ohmmeter im spannungsfreien Zustand. Verschalten Sie den Versuchsaufbau. Erhöhen Sie die Spannung in Schritten von je 1V. Tragen Sie die gemessenen Stromwerte in die Tabelle ein. Konstruieren Sie aus den Messwerten die Kennlinien. Versuchsbauteil R 7.5.2 R 220 7.5.3 Betriebsmittel, Bauteile , Ampére-Meter, Voltmeter Schaltung Wichtig: Vor Inbetriebnahme Kurzschlussschutz an der Spannungsquelle einrichten! 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 5 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN KONSTANTER WIDERSTAND AN GLEICHSPANNUNG 7.5.4 U Seite 2 Tabelle der Messwerte Spannung V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 I Strom mA (gemessen) P Leistung [mW] (gerechnet aus Messung) Strom [mA] (gerechnet theoretisch) Leistung Strom Gerechnete Werte siehe unter 1.6.6 Berechnungen. 7.5.5 Kennlinie (Achsen richtig beschriften) P I U 0 0 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 5 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN KONSTANTER WIDERSTAND AN GLEICHSPANNUNG 7.5.6 Berechnungen Berechnungen zu den Messwerten und zur Theorie. Seite 3 Wichtigste Formeln und zusammenhänge zu den Berechnungen: R = 220 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 5 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN KONSTANTER WIDERSTAND AN GLEICHSPANNUNG 7.5.7 Seite 4 Reflexion, Kernaussagen und Formelsammlung Erklären und begründen Sie die Messungen bzw. die ersichtlichen Unterschiede oder Gemeinsamkeiten. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 6 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTAND AN KONSTANTER GLEICHSPANNUNG Seite 1 7.6 Widerstand an konstanter Gleichspannung Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ Versuchsbauteil R 7.6.1 Potentiometer 7.6.2 Bauteile Auftrag, Versuchsbeschreibung Übung zum ohmschen Gesetz. Die Strom- Widerstandskennlinie „I=f(R);U=konstant“ und die LeistungsWiderstandskennlinie „P=f(R);U=konstant“ ;eines Stromkreises soll aufgenommen werden. Verschalten Sie den Versuchsaufbau. Stellen Sie im stromlosen Zustand jeweils den geforderten Widerstandswert am Potentiometer ein. Messen Sie bei gleichbleibender Spannung (kontrollieren) den sich einstellenden Strom. Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle ein. Konstruieren Sie die zwei Kennlinien. 7.6.3 Schaltung R = 1 k linear (P = Potentiometer) Voltmeter Ampéremeter V Wichtig: Vor Inbetriebnahme Kurzschlussschutz an der Spannungsquelle einrichten! 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 6 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTAND AN KONSTANTER GLEICHSPANNUNG 7.6.4 Seite 2 Tabelle der Messwerte Widerstand R1 100 R2 200 R3 300 R4 400 R5 500 R6 600 R7 700 R8 800 Strom mA (gemessen) Werte siehe unter Berechnungen. Leistung [mW] (gerechnet aus Messung) Strom [mA] (gerechnet theoretisch) 7.6.5 P Leistung Leistung Strom Variante 1 Variante 2 Theorie Kennlinien I R 0 0 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 6 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTAND AN KONSTANTER GLEICHSPANNUNG 7.6.6 Berechnungen Seite 3 Wichtigste Formeln und zusammenhänge: U=4V 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 6 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTAND AN KONSTANTER GLEICHSPANNUNG 7.6.7 Seite 4 Reflexion, Kernaussagen und Formelsammlung Erklären und begründen Sie die Messungen bzw. die ersichtlichen Unterschiede oder Gemeinsamkeiten. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 7 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN UNBELASTETER SPANNUNGSTEILER Seite 1 7.7 Unbelasteter Spannungsteiler Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 7.7.1 Auftrag, Versuchsbeschreibung Die Spannungsverhältnisse an einem belasteten Spannungsteiler sollen messtechnisch untersucht werden. Da bei linearen Potentiometer der Drehwinkel und der Widerstandswert proportional sind, wird die Anordnung mit einem solchen Potentiometer realisiert. Verschalten Sie den Versuchsaufbau an 10 V Gleichspannung. Tragen Sie die gesuchten Spannungswerte in die Tabelle ein. 7.7.2 Bauteile Schiebewiderstand 1 k (linear); 7.7.3 Schaltung 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 7 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN UNBELASTETER SPANNUNGSTEILER 7.7.4 Seite 2 Tabelle Die angegebenen Widerstandswerte sind im spannungslosen Zustand vor der Messung zwischen S und E einzustellen! RSE 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 USE V 7.7.5 Kennlinie 0 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 7 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN UNBELASTETER SPANNUNGSTEILER 7.7.6 Seite 3 Berechnungen Wichtigste Formeln und zusammenhänge: 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 7 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN UNBELASTETER SPANNUNGSTEILER 7.7.7 Seite 4 Reflexion, Kernaussagen und Formelsammlung Erklären und begründen Sie die Messungen bzw. die ersichtlichen Unterschiede oder Gemeinsamkeiten. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 8 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN BELASTETER SPANNUNGSTEILER Seite 1 7.8 Belasteter Spannungsteiler Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 7.8.1 Einführung Der Spannungsteiler ist eine in der Elektrotechnik und Elektronik häufig angewendete Schaltung. Der Sinn der Schaltung liegt darin, von einer vorhandenen Festspannung bestimmte Teile abgreifen zu können, die kleiner als die Festspannung sind. Man unterscheidet schaltungstechnisch feste und stetige Spannungsteiler. Eine Aufteilung der Spannung ohne Nutzwiderstand kennzeichnet den unbelasteten Spannungsteiler, während der belastete Spannungsteiler durch den Nutzwiderstand gekennzeichnet ist. Ersatzschaltung belasteter Spannungsteiler Zur Betrachtung wird ein stetiger Spannungsteiler (Potentiometer) gewählt. Die entwickelten Gesetzmässigkeiten sind auf den festen Teiler anwendbar. Schiebewiderstand 7.8.2 Schaltung R3 1k R1 R2 =1 k 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 8 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN BELASTETER SPANNUNGSTEILER 7.8.3 Seite 2 Auftrag, Versuchsbeschreibung Die Spannungsverhältnisse an einem belasteten Spannungsteiler sollen messtechnisch untersucht werden und es sollen die Messungen und Berechnungen grafisch dargestellt werden. Da bei linearen Potentiometer der Drehwinkel und der Widerstandswert proportional sind, wird die Anordnung mit einem solchen Potentiometer realisiert. a) Verschalten Sie zuerst den belasteten Spannungsteiler an 10 V Gleichspannung. Tragen Sie die verlangten Messwerte in die Tabelle 1 ein. b) Bestimmen Sie grafisch und rechnerisch die Ausgangsspannung bzw. Ausgangsleistung, damit der Belastungswiderstand maximale Leistung aufweist! 7.8.4 Skizze Versuchsaufbau mit Mesgeräten 7.8.5 Tabelle „Belasteter Spannungsteiler“ Tabelle Belasteter Spannungsteiler“ Messwerte R3 I1 I2 I3 U3 P3 [] [mA] [mA] [mA] [V] [mW] Messung 1 0 Messung 2 100 Messung 3 200 Messung 4 300 Messung 5 400 Messung 6 500 Messung 7 600 Messung 8 700 Messung 9 800 Messung 10 900 Messung 11 1000 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 8 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN BELASTETER SPANNUNGSTEILER 7.8.6 Seite 3 Berechnungen Berechnen Sie bei der Spannung U 3 , den Strom I 3 , die Leistung P3 sowie den Parallelwiderstand R12 an der Stelle R3 500 . 7.8.7 Kennlinien Grafische Darstellung U 3 , I 3 und P3 der Messwerte und Bestimmung der maximalen Ausgangsleistung des belasteten Spannungsteilers 0 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 8 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN BELASTETER SPANNUNGSTEILER Seite 4 Rechnerische Bestimmung der maximalen Leistung des belasteten Spannungsteilers: 7.8.8 Reflexion, Kernaussagen und Formelsammlung Erklären und begründen Sie die Messungen, die Berechnungen und die grafische Darstellung. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 9 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN PRÜFWIDERSTANDES IM MFEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER Seite 1 7.9 Prüfwiderstand im Fehlerstromschutzschalter Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 9 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN PRÜFWIDERSTANDES IM MFEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER 22. November 2009 Seite 2 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 9 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN PRÜFWIDERSTANDES IM MFEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER Seite 3 Beilage Beispiel Auf ein Keramikröhrchen sind Schichten aus verschiedenen Materialien aufgebracht. Da die Widerstände sehr klein sind, kennzeichnet man den Widerstandswert durch Farbringe. Dies hat gegenüber Aufschriften auch den Vorteil, dass die Kennzeichnung eines in eine Schaltung eingelöteten Widerstandes auf jeden Fall zu erkennen ist. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 10 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SCHUTZWIDERSTAND IM PHASENPRÜFER 7.10 Schutzwiderstand Seite 1 im Phasenprüfer Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ Schutzwiderstand im Phasenprüfer Sie kontrollieren mit dem Phasenprüfer an einer 230 V Steckdose ob die Spannung vorhanden ist. Sie überlegen sich, welchen Schutzwiderstand muss man eigentlich in den Phasenprüfer einbauen. Es ist bekannt, dass bei einem maximalen Berührungsstrom von 0,5 mA der Personschutz erfüllt ist. a) Welchen minimalen Schutzwiderstand RS würden Sie einbauen lassen, damit kein gefährlicher Berührungsstrom über Ihren Prüffinger fliesst. b) Welcher Schutzwiderstand ist im abgebildeten Spannungsprüfer eingebaut (Beilage verwenden)? Welchem Berührungsstrom entspricht dies? c) Was ist Ihre Begründung zur Differenz von a) zu Aufgabe b)! Kontaktspitze Schutzwiderstand Glimmlampe Eingebauter Schutzwiderstand Bild 1.20.1 RS Weiss-Rot-Gelb - Gold (Farb-Code siehe Beilage) Schutzisolation 22. November 2009 Spannfeder Kontrollfenster www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 10 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN SCHUTZWIDERSTAND IM PHASENPRÜFER Seite 2 Beilage Beispiel Auf ein Keramikröhrchen sind Schichten aus verschiedenen Materialien aufgebracht. Da die Widerstände sehr klein sind, kennzeichnet man den Widerstandswert durch Farbringe. Dies hat gegenüber Aufschriften auch den Vorteil, dass die Kennzeichnung eines in eine Schaltung eingelöteten Widerstandes auf jeden Fall zu erkennen ist. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 11 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG UND TEMPERATUR EINER GLÜHLAMPE Seite 1 7.11 Leistung und Temperatur einer Glühlampe Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ Die Betriebstemperatur einer Wolframlampe beträgt: C 7.11.1 Auftrag Es ist die Betriebstemperatur einer Glühlampe ( P 60W ) mit Wolframwendel zu bestimmen. Geben Sie die einzelnnen Schritte an, die Sie gedenken zu unternehmen, damit Sie die Lösung dieser Aufgabe finden. Zeichnen Sie das Messschema und und führen Sie die Messungen aus. Die Messresultate sind aus der Tabelle auszuwerten und grafisch darzustellen. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 11 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG UND TEMPERATUR EINER GLÜHLAMPE Seite 2 7.11.2 Vorgehensweise Schritte meiner Vorgehensweise: 7.11.3 Messaufbau Bild 6.11.1 7.11.4 Berechnungen 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 11 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG UND TEMPERATUR EINER GLÜHLAMPE Seite 3 7.11.5 Reflexion, Kernaussagen und Formelsammlung Erklären und begründen Sie die Messungen bzw. die ersichtlichen Unterschiede oder Gemeinsamkeiten. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 11 I [mA] TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG UND TEMPERATUR EINER GLÜHLAMPE Seite P [W] Wertetabelle Messung U [V] 1 0 2 20 3 40 4 60 5 80 6 100 7 120 8 230 I [mA] Berechnung U I Ablesung [W] Berechnung RG U 0 07. Juni 2017 [V] www.ibn.ch Version 5 4 TG 30 7 12 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG UND TEMPERATUR EINER KOHLENFADENLAMPE Seite 1 7.12 Leistung und Temperatur einer Kohlenfadenlampe Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ Die Betriebstemperatur einer Kohlenfadenlampe beträgt: C 7.12.1 Auftrag Es ist die Betriebstemperatur einer Glühlampe ( P 60W ) mit Kohlenfaden zu bestimmen. Geben Sie die einzelnnen Schritte an, die Sie gedenken zu unternehmen, damit Sie die Lösung dieser Aufgabe finden. Zeichnen Sie das Messschema und und führen Sie die Messungen aus. Die Messresultate sind aus der Tabelle auszuwerten und grafisch darzustellen. 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 12 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG UND TEMPERATUR EINER KOHLENFADENLAMPE Seite 2 7.12.2 Messaufbau Bild 6.11.1 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 12 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG UND TEMPERATUR EINER KOHLENFADENLAMPE Seite 3 7.12.3 Reflexion, Kernaussagen und Formelsammlung 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 12 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG UND TEMPERATUR EINER KOHLENFADENLAMPE Seite 7.12.4 Messwerte und grafische Darstellung I [mA] P [W] Wertetabelle Messung U [V] 1 0 2 20 3 40 4 60 5 80 6 100 7 120 8 230 I [mA] Berechnung U I Ablesung [W] Berechnung RK U 0 07. Juni 2017 [V] www.ibn.ch Version 4 4 TG 30 7 13 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG EINES HEIZKÖRPERS Seite 1 7.13 Leistung eines Heizkörpers Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ Verbraucherdaten 7.13.1 Auftrag Bestimmen Sie die Leistung eines Heizkörpers ( R 700 ) mittels drei verschiedenen Verfahren. Machen Sie ein Messschema und tragen Sie alle relevanten Daten ein. Bauen Sie die Messschaltungen einzeln auf und halten die Messresultate fest. Eine Reihe der Messresultate stellen Sie grafisch dar. 7.13.2 Messverfahren Schreiben Sie die drei Messverfahren auf. I. II. II. 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 13 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG EINES HEIZKÖRPERS Seite 2 7.13.3 Messaufbau I Messaufbau mit den wichtigsten technischen Daten. Berechnungen Bild 6.11.1 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 13 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG EINES HEIZKÖRPERS Seite 3 7.13.4 Messaufbau II Messaufbau mit den wichtigsten technischen Daten. Berechnungen Bild 6.11.1 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 13 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG EINES HEIZKÖRPERS Seite 4 7.13.5 Messaufbau III Messaufbau mit den wichtigsten technischen Daten. Berechnungen Bild 6.11.1 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 13 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN LEISTUNG EINES HEIZKÖRPERS Seite 5 7.13.6 Reflexion, Kernaussagen und Formelsammlung 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 14 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTÄNDE EINER MASSEKOCHPLATTE Seite 1 7.14 Widerstände einer Massekochplatte Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 7.14.1 Auftrag Bestimmen Sie die Widerstände einer Massekochplatte durch schrittweise Analyse. 7.14.2 Vorgehensweise Beschreibung der Vorgehensweise: 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 14 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTAND EINER MASSEKOCHPLATTE Seite 7.14.3 Bestimmung der Kochplattenwiderstände Messschema 07. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 2 TG 30 7 14 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTAND EINER MASSEKOCHPLATTE Seite 3 7.14.4 Bestimmung der möglichen Schaltungen Nr. Takt Schaltung Anschluss Brücken Widerstand [Ω] Leistung [W] Nr. 1 11 2 12 3 13 4 14 5 15 6 16 Takt Schaltung Anschluss Brücken Widerstand [Ω] Leistung [W] 7 8 Angaben zur untersuchten Kochplatte: 9 10 Bestimmung der aktuell verwendeten Schaltungen. 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 7 14 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROTECHNIK GRUNDLAGEN WIDERSTAND EINER MASSEKOCHPLATTE Seite 4 7.14.5 Reale Schaltungen Stufen 1 2 3 4 5 6 Leistung Schaltung Widerstand 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 24 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN KOMMUNIKATIONSTECHNIK 07. Juni 2017 Seite 7.14-1 www.ibn.ch Version 5
