Arbeitsblätter Fachkunde Elektrotechnik Lösungen - Europa

EUROPA-FACHBUCHREIHE
für elektrotechnische Berufe
Arbeitsblätter
Fachkunde Elektrotechnik
Lösungen
2. Auflage
Bearbeitet von Lehrern und Ingenieuren an beruflichen Schulen
Lektorat: Jürgen Manderla
Verlag Europa-Lehrmittel · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG
Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten
Europa-Nr.: 32003
Autoren der Arbeitsblätter Fachkunde Elektrotechnik:
Käppel, Thomas
Münchberg
Manderla, Jürgen
Berlin
Tkotz, Klaus
Kronach
Ziegler, Klaus
Nordhausen
Lektorat und Leitung des Arbeitskreises:
Jürgen Manderla
Firmenverzeichnis und Warenzeichen:
Die Autoren und der Verlag bedanken sich bei den nachfolgenden Firmen und den Bildautoren für die Unterstützung
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AEG Hausgeräte GmbH, 90429 Nürnberg
AEG Kleinmotoren GmbH, 26133 Oldenburg
Deutsches Kupferinstitut e.V., 40474 Düsseldorf
ECE-Ing. Ehlers & Co. Elektrogeräte GmbH, 58515 Lüdenscheid-Bierbaum
Eltako GmbH, 70736 Fellbach
Fluke Deutschland GmbH, 34123 Kassel
GMC-I Gossen-Metrawatt GmbH, 90471 Nürnberg
GÜDE GmbH & Co. KG, 74549 Wolpertshausen
© h368k742 – Fotolia.com
Hager Vertriebsgesellschaft mbH & Co. KG, 66440 Blieskastel
Heinrich Kopp GmbH, 63793 Kahl
HUGO BRENNENSTUHL GMBH & CO., 72074 Tübingen
Joh. Vaillant GmbH & Co. KG, 42810 Remscheid
© ludodesign – Fotolia.com
Moeller GmbH, 53115 Bonn
© Ozaiachin – shutterstock.com
Siemens AG, 80333 München
Terfloth, Sebastian, 01069 Dresden
Trafo-Schneider, 79232 March-Buchheim
© XONOVETS – shutterstock.com
Nachdruck der Box Shots von Microsoft-Produkten mit freundlicher Erlaubnis der Microsoft Corporation.
Alle anderen Produkte, Warenzeichen, Schriftarten, Firmennamen und Logos sind Eigentum oder eingetragene
Warenzeichen ihrer jeweiligen Eigentümer.
Bildbearbeitung:
Zeichenbüro des Verlages Europa-Lehrmittel GmbH & Co. KG, Ostfildern
2. Auflage 2016
Druck 5 4 3 2 1
Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern untereinander unverändert bleiben.
ISBN 978-3-8085-3467-0
Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten
Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.
© 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruiten
http://www.europa-lehrmittel.de
Umschlag: braunwerbeagentur, 42477 Radevormwald
Umschlagfotos: Diana Talium – Fotolia.com (Bleistift, Radiergummi); Figur: Klaus Tkotz; Kleinsteuergerät LOGO!: Siemens AG;
erdquadrat – Fotolia.com (Weltkugel)
Satz: Satz + Layout Werkstatt Kluth GmbH, 50374 Erftstadt
Druck: Konrad Triltsch Print und digitale Medien GmbH, 97199 Ochsenfurt-Hohestadt
Liebe Leserin, lieber Leser,
die „Arbeitsblätter Fachkunde Elektrotechnik“ wenden sich hauptsächlich an Sie als
Lernende der energietechnischen Elektroberufe. Diese Arbeitsblätter möchten das
Arbeiten mit dem fachkundlichen Wissen der Elektrotechnik unterstützen.
Mithilfe der zu lösenden Aufgaben überprüfen Sie Ihr fachliches Wissen und erweitern
so Ihre Kompetenzen, damit Sie handlungsorientierte, komplexe Aufgaben der beruflichen Praxis lösen können. Zusammen mit dem Buch „Fachkunde Elektrotechnik“,
sowie mit den Simulationen zur Elektrotechnik (SimElektro) und den hier vorliegenden
Arbeitsblättern können Sie selbstständig, auch außerhalb des Unterrichtes, elektrotechnische Themen bearbeiten oder sich auf fachkundliche Prüfungen vorbereiten.
Auch können Lernprozesse, die im Unterricht nur angestoßen werden, mithilfe der
Arbeitsblätter vertieft werden. Weiterhin können Sie sich mit den Aufgaben der Arbeitsblätter auf kommende Unterrichtsstunden vorbereiten.
Eine besondere Bearbeitung kommt dem Themenkomplex Basiskompetenzen zu. Der
Begriff der Basiskompetenz bezieht sich hier auf die fachlichen Bereiche des Lesens,
der Mathematik, des technischen Zeichnens und Skizzierens, die zur Voraussetzung der
Arbeit mit den Arbeitsblättern gehören. Sie sollten diese Aufgaben unbedingt zuerst
bearbeiten, um eventuelle Probleme rechtzeitig zu erkennen.
Die vorliegende 2. Auflage der Arbeitsblätter wurde so verbessert, dass die Texte besser lesbar und die Bearbeitungsfelder
eindeutiger zu erkennen sind. Weiterhin wurden zu ausgewählten Themen der Arbeitsblätter, z. B. dem Gleichstromkreis,
die interaktiven Simulationen zur Elektrotechnik „SimElektro Grundstufe 1.0“ durch ein Symbol mit der zutreffenden
Simulationsnummer zugeordnet.
Hinweise zum Bearbeiten der Arbeitsblätter
• Diese Arbeitsblätter möchten Ihnen helfen, sich in die
Schwerpunkte der elektrotechnischen Energietechnik,
sowie ihrer Anwendungen einzuarbeiten. Das ist möglich, wenn Sie die Arbeitsblätter sorgfältig bearbeiten
und vollständig ausfüllen.
Arbeitsblatt Fachkunde Elektrotechnik
verschiedene Bearbeitungsflächen
• Die Reihenfolge des Bearbeitens der einzelnen Themen
ist frei wählbar und kann so dem lernfeldorientierten
Unterricht angepasst werden.
• Zur Unterstützung der Bearbeitung einzelner Themen
können Sie zum besseren Verständnis die PC-Simulationen SimElektro einsetzen. Alle Seiten im Buch, bei
denen die Simulationen eingesetzt werden
können, sind mit dem SimElektro-Symbol
mit der entsprechenden Simulationsnummer gekennzeichnet.
• Eine kostenlose Mustersimulation finden Sie unter
www.europa-lehrmittel.de/simelektro.
• Zum Ausfüllen verwenden Sie dort, wo Sie mit späteren
Verbesserungen rechnen oder sich unsicher fühlen, z. B.
bei Skizzen oder beim Lösen von Rechenaufgaben,
einen weichen Bleistift (Härte HB bzw. B), damit Sie
eventuell radieren können. Sie brauchen einen Radiergummi und Farbstifte in Rot und Blau.
Zeichnung oder Skizze
Rechnungen
• Kreuzen Sie zu Ihrer Kontrolle im Inhaltsverzeichnis die
bearbeiteten Blätter nur dann an, wenn Sie wissen, dass
die Lösungen der Aufgaben richtig sind.
• Die von Ihnen auszufüllenden Zeilen sind rötlich, die
Felder und Flächen sind dunkelgelb bzw. durch hellgrüne Rechenkästchen markiert. Wenn Ihr Blatt bearbeitet
ist, müssen also alle Markierungen bearbeitet sein.
• Sollten Sie eine Aufgabe nicht lösen können, gibt es ein
ausführliches Lösungsbuch.
Ihre Meinung zu diesen Arbeitsblättern ist uns Autoren wichtig. Darum möchten wir Ihre Kritik, Ihre Verbesserungsvorschläge, aber auch Ihr Lob erfahren. Schreiben Sie uns unter: [email protected].
Mit diesen Arbeitsblättern wünschen Ihnen das Autorenteam und der Verlag Europa-Lehrmittel viel Erfolg und wertvolle
Anregungen für Ihre berufliche Tätigkeit.
Sommer 2016
Die Autoren und der Verlag Europa-Lehrmittel
3
Inhaltsverzeichnis
Themenkomplex
Kon- Blatt- Seite
trolle* Nr.
Thema
0. Basiskompetenzen
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.10
0.11
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Lesen von Fachtexten 1
Lesen von Fachtexten 2
Arbeiten mit Formelzeichen, Einheiten und -vorsätzen für physikalische Größen
Umstellen von Formeln
Arbeiten mit Funktionen, Formeln und Diagrammen
Hilfe zum Lösen von Rechenaufgaben
Rechnen mit Potenzen, Quadrat-Wurzeln und Winkelfunktionen
Zeichnen (1)
Zeichnen (2)
Zeichnen (3)
Zeichnen (4)
1. Arbeitssicherheit und
Gesundheitsschutz
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
19
20
21
22
23
Gesetze und Vorschriften sowie Erste Hilfe
Sicherheitszeichen
Die 5 Sicherheitsregeln
Elektrischer Schlag
Berührungsspannung und Körperstrom
2. Grundbegriffe der
Elektrotechnik
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
Elektrische Stromstärke
Stromkreisarten
Spannungen (1)
Spannungen (2), Potenziale
Elektrischer Widerstand
Ohmsches Gesetz (1)
Ohmsches Gesetz (2)
Elektrische Energie und Arbeit
Elektrische Leistung
Wirkungsgrad
3. Grundschaltungen
der Elektrotechnik
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
Reihenschaltung von Widerständen (1)
Reihenschaltung von Widerständen (2)
Berechnung von Vorwiderständen
Parallelschaltung von Widerständen (1)
Parallelschaltung von Widerständen (2)
Gemischte Schaltung und Ersatzwiderstand
Spannungsteiler (1)
Spannungsteiler (2)
Brückenschaltung (1)
Brückenschaltung (2)
Spannungsquellen (1)
Spannungsquellen (2)
4. Elektrisches Feld
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
46
47
48
49
50
Grundgesetze
Kondensator als Bauelement
Kondensator an Gleichspannung
Laden und Entladen von Kondensatoren (1)
Laden und Entladen von Kondensatoren (2)
* Abhaken, nur wenn das Thema bearbeitet und kontrolliert ist!
4
Inhaltsverzeichnis
Themenkomplex
Kon- Blatt- Seite
trolle* Nr.
Thema
5. Magnetisches Feld
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
Magnete und magnetische Feldlinien (1)
Magnete und magnetische Feldlinien (2)
Elektromagnetismus (1)
Elektromagnetismus (2)
Magnetische Größen (1)
Magnetische Größen (2)
Magnetische Kennlinien
Stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld (1)
Stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld (2), Motorprinzip
Elektromagnetische Induktion, Prinzip
Elektromagnetische Induktion, Anwendungen
6. Schaltungstechnik
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
6.10
6.11
6.12
6.13
6.14
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
Schaltungsunterlagen (1)
Schaltungsunterlagen (2)
Installationsschaltungen (1)
Installationsschaltungen (2)
Installationsschaltungen (3)
Installationsschaltungen (4)
Klingel- und Türöffneranlage
Elektromagnetische Schalter (1)
Elektromagnetische Schalter (2)
Grundschaltungen mit Schützen (1)
Grundschaltungen mit Schützen (2)
Steuerschaltungen mit Zeitrelais (1)
Steuerschaltungen mit Zeitrelais (2)
Treppenlicht-Schaltungen
7. Wechselstromtechnik
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
7.10
7.11
7.12
7.13
7.14
7.15
7.16
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
Sinusförmige Wechselspannung, Kenngrößen (1)
Kenngrößen (2), Darstellungshilfen
Ideales Verhalten elektrischer Bauelemente (1)
Ideales Verhalten elektrischer Bauelemente (2)
Die Spule an Wechselspannung
Wechselstromleistungen
Aufgaben
Dreiphasenwechselspannung (1)
Dreiphasenwechselspannung (2)
Leistungen im Drehstromnetz (1)
Leistungen im Drehstromnetz (2)
Leiterfehler im Drehstromnetz (1)
Leiterfehler im Drehstromnetz (2)
Symmetrische Belastung in Drehstromnetzen
Unsymmetrische Last in Drehstromnetzen (1)
Unsymmetrische Last in Drehstromnetzen (2)
8. Messtechnik
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
8.10
8.11
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
Analoge Messgeräte
Digitale Messgeräte (1)
Digitale Messgeräte (2)
Messen elektrischer Spannung (1)
Messen elektrischer Spannung (2)
Messen elektrischer Stromstärke (1)
Messen elektrischer Stromstärke (2)
Leistungsmessungen
Messen mit dem Oszilloskop (1)
Messen mit dem Oszilloskop (2)
Messen mit dem Oszilloskop (3)
* Abhaken, nur wenn das Thema bearbeitet und kontrolliert ist!
5
Inhaltsverzeichnis
Themenkomplex
Kon- Blatt- Seite
trolle* Nr.
Thema
9. Elektronik
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
9.9
9.10
9.11
9.12
9.13
9.14
9.15
9.16
9.17
9.18
9.19
9.20
9.21
9.22
9.23
9.24
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
Stromleitung in Halbleitern
PN-Übergang und Diode
Halbleiterwiderstände NTC, PTC und VDR (1)
Halbleiterwiderstände NTC, PTC und VDR (2)
Bipolare Transistoren (1)
Bipolare Transistoren (2)
Feldeffekttransistor (1)
Feldeffekttransistor (2)
Optoelektronische Sender und Empfänger (1)
Optoelektronische Sender und Empfänger (2)
Operationsverstärker (1)
Operationsverstärker (2)
Schaltalgebra (1)
Schaltalgebra (2)
Grundbegriffe der Digitaltechnik und logische Grundverknüpfungen (1)
Grundbegriffe der Digitaltechnik und logische Grundverknüpfungen (2)
Thyristor
Triac und Diac
Phasenanschnittsteuerung (1)
Phasenanschnittsteuerung (2)
Gleichrichterschaltungen (1)
Gleichrichterschaltungen (2)
Gedruckte Schaltungen (1)
Gedruckte Schaltungen (2)
10. Elektrische Anlagen
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
10.8
10.9
10.10
10.11
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
Netzformen für die Elektroenergieübertragung und -verteilung
Schmelzsicherungen (1)
Schmelzsicherungen (2)
Leitungsschutzschalter
Thermisches Überlastrelais und Motorschutzschalter
Leitungsberechnung (1)
Leitungsberechnung (2)
Leitungsberechnung (3)
Leitungsberechnung (4)
Zählerschrank mit Stromkreis- und Multimediaverteiler
Verdrahtung im Verteilerfeld
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
11.6
11.7
11.8
11.9
11.10
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
Isolationsfehler (1)
Isolationsfehler (2)
Fachbegriffe: Schutz gegen elektrischen Schlag (1)
Fachbegriffe: Schutz gegen elektrischen Schlag (2)
Netzsysteme (1)
Netzsysteme (2)
Schutzpotenzialausgleich (1)
Schutzpotenzialausgleich (2)
Schutz durch autom. Abschaltung der Stromversorgung im TN-System
Zusätzlicher Schutz durch Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) im
TN-System
Schutz durch autom. Abschalten der Stromversorgung im TT-System
Schutz durch autom. Abschalten der Stromversorgung im IT-System
11. Schutzmaßnahmen
11.11 148
11.12 149
* Abhaken, nur wenn das Thema bearbeitet und kontrolliert ist!
6
Inhaltsverzeichnis
Themenkomplex
Kon- Blatt- Seite
trolle* Nr.
Thema
12. Gebäudetechnische
Anlagen
12.1
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
12.7
12.8
12.9
12.10
12.11
12.12
12.13
12.14
12.15
12.16
12.17
12.18
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
Lichttechnische Größen bei Beleuchtungsanlagen (1)
Lichttechnische Größen bei Beleuchtungsanlagen (2)
Lampen (1)
Lampen (2)
Elektrogeräte – Aufbau und Funktion (1)
Elektrogeräte – Aufbau und Funktion (2)
Prüfung von Elektrogeräten (1)
Prüfung von Elektrogeräten (2)
Dämpfung und Verstärkung in Antennenanlagen
Pegelrechnung in Antennenanlagen
Planung einer DVB-T/DVB-S/UKW-Antennenanlage (1)
Planung einer DVB-T/DVB-S/UKW-Antennenanlage (2)
Planung einer BK-Antennenanlage
Multimedia-Verkabelung
Telekommunikation (1)
Telekommunikation (2)
Blitzschutz (1)
Blitzschutz (2)
13. Elektrische
Maschinen
13.1
13.2
13.3
13.4
13.5
13.6
13.7
13.8
13.9
13.10
13.11
13.12
13.13
13.14
13.15
13.16
13.17
13.18
13.19
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
Aufbau und Arbeitsweise des Einphasentransformators
Betriebsverhalten des Einphasentransformators (1)
Betriebsverhalten des Einphasentransformators (2)
Übersetzungen beim Einphasentransformator (1)
Übersetzungen beim Einphasentransformator (2)
Berechnungen am Einphasentransformator
Drehfeld
Drehstrom-Asynchronmotor, Kurzschlussläufermotor (1)
Drehstrom-Asynchronmotor, Kurzschlussläufermotor (2)
Drehstrom-Asynchronmotor am Dreh- und Wechselstromnetz
Einschaltvorschriften und Stern-Dreieck-Anlassverfahren
Drehstrom-Asynchronmotor, elektrische Drehzahländerung
Kondensatormotor
Aufbau der Gleichstrommotoren
Arten von Gleichstrommotoren
Spaltpolmotor
Allgemeine Arbeitsweise der Elektromotoren
Motor-Leistungsschild, Klemmbrett und Netzanschluss (1)
Motor-Leistungsschild, Klemmbrett und Netzanschluss (2)
14. Informationstechnik
14.1
14.2
14.3
14.4
14.5
14.6
14.7
14.8
14.9
14.10
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
Computersystem (1)
Computersystem (2)
PC-Mainboard (1)
PC-Mainboard (2)
Peripheriegeräte für Computer (1)
Peripheriegeräte für Computer (2)
Netzwerktechnik Grundlagen (1)
Netzwerktechnik Grundlagen (2)
Lokales Netzwerk nach Fast Ethernet-Standard planen
Lokales Netzwerk nach WLAN-Standard planen und umsetzen
15. Automatisierungstechnik
15.1
15.2
15.3
15.4
15.5
15.6
15.7
15.8
15.9
15.10
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) (1)
Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) (2)
Kleinsteuergeräte (1)
Kleinsteuergeräte (2)
Motorsteuerung mit SPS (1)
Motorsteuerung mit SPS (2)
Programmieren von Kleinsteuergeräten (1)
Programmieren von Kleinsteuergeräten (2)
Regelungstechnik Grundlagen (1)
Regelungstechnik Grundlagen (2)
* Abhaken, nur wenn das Thema
bearbeitet und kontrolliert ist!
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