DORN BADER

Aufgaben zur Elektrizität
Konstruiere einen Stromkreis, mit dem du eine
40-Watt-Glühbirne (230 V) über einen Schalter einund ausschalten kannst.
A 1
Konstruiere einen Stromkreis, mit dem du zwei
40-Watt-Glühbirnen (230 V) über einen einzigen
Schalter ein- und ausschalten kannst. Beide 40-WattGlühbirnen sollen mit voller Stärke leuchten.
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A 10 Dir
stehen drei Lampen der Aufschrift „12 V, 1 W“
zur Verfügung. Schalte und betreibe Sie so, dass die
2
Gesamt-Leistungsaufnahme der Schaltung ​ __3 ​ W beträgt.
A 2
Konstruiere einen Stromkreis, mit dem du ent­
weder zwei 40-Watt-Glühbirnen (230 V) oder eine
100-Watt-Glühbirne (230 V) betreiben kannst, jeweils
mit voller Leuchtstärke. Zusätzlich soll der komplette
Stromkreis abschaltbar sein. D. h. du brauchst zwei
Schalter: Einen zum Umschalten, einen zum Ein- und
Ausschalten.
A 11 Dir
stehen drei Lampen der Aufschrift „12 V, 1 W“
zur Verfügung. Schalte und betreibe Sie so, dass die
Gesamt-Leistungsaufnahme der Schaltung 1 W beträgt.
A 3
Wann liegt in Aufgabe 3 die höhere elektrische
Stromstärke vor – bei Aktivierung der 100-Watt-Glühbirne oder bei Aktivierung der beiden 40-Watt-Glühbirnen? Überprüfe deine Antwort durch geeignete
Messung in der Simulation.
A 4
Dir stehen vier 30-Watt-Glühbirnen (230 V) zur
Verfügung. Konstruiere zwei Schaltungen und betreibe
Sie mit 230 V: Eine, die möglichst viel Licht spendet,
sowie eine, die möglichst wenig Energie umsetzt. In
jedem Fall müssen aber alle vier Glühbirnen zum Einsatz kommen und leuchten.
A 5
Schließe eine Glühbirne der Aufschrift „12 V,
1 W“ an die Spannungsquelle der Simulation an und
schalte diese auf 230 V. Erläutere und begründe, was
passiert, und warum dies in der Realität ein gefährlicher Versuch wäre!
A 12 Betreibe
eine Glimmlampe und eine Glühlampe in
Reihe, und zwar so, dass sowohl die Glimmlampe als
auch die Glühlampe leuchten. Die funktioniert nicht
mit jeder Glühlampe. Erkläre warum!
A 13 Was
geschieht, wenn du eine Glühlampe der Aufschrift „12 V, 50 W“ in Reihe schaltest mit einer
­Glühlampe der Aufschrift „230 V, 50 W“ und eine
Spannung von 230 V anlegst? Beantworte die Frage
zuerst durch Nachdenken und Überschlagsrechnungen. Dann führe den Versuch mit der Simulation
durch.
A 14 Was
geschieht, wenn du eine Glühlampe der Aufschrift „12 V, 50 W“ in parallel schaltest mit einer
Glühlampe der Aufschrift „230 V, 50 W“ und eine
Spannung von 230 V anlegst? Beantworte die Frage
zuerst durch Nachdenken und Überschlagsrechnun­
gen. Dann führe den Versuch mit der Simulation
durch.
A 6
A 15 Erstelle
eine Schaltung, mit der du über möglichst
große Distanz optische Morsezeichen geben kannst.
Je stärker das Signal, desto besser!
A 16 Du
Schließe eine Glühbirne der Aufschrift „12 V,
2 W“ so an eine Gleichspannungsquelle an, dass
100 mA durch die Lampe fließen. Erkläre dein Vor­
gehen.
A 7
Dir stehen drei Lampen der Aufschrift „12 V, 1 W“
zur Verfügung. Schalte und betreibe Sie so, dass die
Gesamt-Leistungsaufnahme der Schaltung 3 W beträgt.
A 8
Dir stehen drei Lampen der Aufschrift „12 V, 1 W“
zur Verfügung. Schalte und betreibe Sie so, dass die
1
Gesamt-Leistungsaufnahme der Schaltung ​ __3 ​ W beträgt.
A 9
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kennst aus dem Haushalt sicher Lichtschalter
mit einer eingebauten kleinen (meist roten oder orangen) Lampe, die anzeigen, ob das mit dem Schalter
verbundene Licht eingeschaltet oder ausgeschaltet ist.
Erstelle eine Schaltung in der Simulation, die genau
dies leistet – d. h. eine „große“ Lampe, deren Zustand
(an/aus) von einer „kleinen“ Lampe angezeigt wird.
Dabei ist zu beachten, dass die kleine Lampe die
Leuchtstärke der großen nicht beeinträchtigen und
möglichst wenig Energie verbrauchen soll. Betriebsspannung sind 230 V.
Aufgaben zur Elektrizität
A 17 Nun
kehren wir Aufgabe 16 um: Gesucht ist eine
Schaltung, bei der die kleine Signal-Lampe immer
dann leuchtet, wenn die große Lampe ausgeschaltet
ist. Ansonsten gelten die gleichen Anforderungen wie
in Aufgabe 16.
A 18 Nenne
Anwendungsbeispiele aus dem Haushalt
für die Schaltungen in Aufgabe 16 und 17.
A 19 Erstelle
eine Schaltung, anhand derer du demonstrieren kannst, was ein Kurzschluss ist.
A 20 Erstelle
eine Schaltung, die einen teilweisen Kurzschluss enthält. Das bedeutet: Durch das Schalten
eines Kurzschlusses fällt nur ein Teil der Schaltung
aus, nicht die gesamte Schaltung. Bei dieser Aufgabe
musst du also mindestens zwei Lampen verwenden,
von denen dann eine (oder bei mehr als zwei Lampen
auch mehrere) ausfällt.
A 21 Baue
die Schaltung im Bild unten nach. Betätige
dann den Taster und erkläre deine Beobachtung sowohl anschaulich als auch rechnerisch. Überprüfe das
Ergebnis deiner Rechnung anhand der Simulation.
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A 22 Wir
simulieren die Funktion eines Dimmers: Verwende eine 40-Watt-Glühbirne (230 V) und betreibe
Sie mit 230 V. Welche Leistung nimmt die Glühbirne
jetzt auf? Nun schalte einen ohmschen Widerstand
von 1 kΩ in Reihe, sodass die Glühbirne weniger stark
leuchtet. Berechne die Stromstärke, die jetzt fließt, sowie die Leistungsaufnahme der Glühbirne. Überprüfe
deine Rechnung anhand der Simulation.
A 23 Was
geschieht, wenn du den 1-kΩ-Widerstand
aus Aufgabe 22 nicht mit der Glühbirne in Reihe schaltest, sondern parallel zu ihr? Begründe! Überprüfe
­deine Antwort dann mithilfe der Simulation.
A 24 Was
geschieht, wenn du den 1-kΩ-Widerstand
aus Aufgabe 22 durch einen 2-kΩ-Widerstand in
Reihen­schaltung zur Glühbirne ersetzt? Beantworte
­zuerst durch Nachdenken, dann überprüfe deine
­Antwort mit der Simulation.
A 25 Ein
Sortiment von 230-V-Glühbirnen steht dir zur Verfügung, und zwar je eine Glühbirne mit 20, 30, 40, 50 und 100 Watt. Berechne die Stromstärke, die ins­gesamt fließt, wenn du die Glühbirnen an ein
230-V-Netzteil anschließt, und zwar
a) in Reihenschaltung
b) in Parallelschaltung
c) in einer Parallelschaltung von zwei Reihenschaltungen, wobei ein Zweig die Glühbirnen mit 20, 30
und 40 Watt enthält, der andere Zweig die Glühbirnen
mit 50 und 100 Watt.
A 26 Berechne
für die Schaltungen in 25 a), b) und c)
die Leistungsaufnahme
a) der gesamten Schaltung.
b) jeder einzelnen Glühbirne. Lösungen
Die Lösungen der Aufgaben lassen sich mithilfe der Simulation bestimmen, indem man die Schaltfläche
„Aufbau überprüfen“ unten rechts anklickt.
@ Schroedel Verlag 2010