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talit:electronics:etbasic [2022-09-01 11:01] – [Aufgaben 4] gratalit:electronics:etbasic [2024-08-21 09:41] (aktuell) – gra
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 ===== Elektrotechnik-Grundlagen ===== ===== Elektrotechnik-Grundlagen =====
 Hier lernst du unter anderem, wie Spannung, Strom und Widerstand zusammenhängen; was ein Kurzschluss ist und wie Spannungen und Ströme gemessen werden.  Hier lernst du unter anderem, wie Spannung, Strom und Widerstand zusammenhängen; was ein Kurzschluss ist und wie Spannungen und Ströme gemessen werden. 
- +<nodisp 2>  
-<nodisp2> +++++Everycircuit-Lizenz: HIDDEN| 
-++++Everycircuit-Lizenz:| +  * Lizenz (zeitlich unbegrenzt) unter folgendem Link lösen. Am besten eine E-Mail-Adresse verwenden, die du auch Jahre später noch hast. 
-  * Fortlaufende Lizenz unter folgendem Link lösen. Am besten eine E-Mail-Adresse verwenden, die du auch Jahre später noch hast. +
   * https://everycircuit.com/licensekeyactivation   * https://everycircuit.com/licensekeyactivation
-  * Schlüssel: 439239494656+  * Schlüssel: 479426635731
 ++++ ++++
 </nodisp> </nodisp>
 +==== Auftrag A (in 2er-Gruppen) ====
 +  - Baut mit den Stecksystemen einen einfachen Stromkreis mit Spannungsquelle und Widerstand auf. Nutzt ein Batteriemodul als Spannungsquelle.
 +  - Messt die <color #22b14c>Spannung</color>, die über dem Widerstand (= über der Spannungsquelle) <color #22b14c>abfällt</color> und den <color #ff7f27>Strom</color>, der durch den Widerstand <color #ff7f27>fliesst</color>. Verwendet für Spannung und Strom je ein Multimeter, das ihr gemäss der Schaltung unten anschliesst. 
 +  - Ersetzt den Widerstand in der Schaltung durch grössere/kleiner und notiert eure Beobachtungen zu Spannung und Strom.
 +  - Lest folgendes Kapitel "Spannung, Strom und Widerstand im einfachen Stromkreis" aufmerksam durch und notiert Fragen oder Unklarheiten. 
 +  - Ersetzt die Batterie durch ein Labor-Netzgerät, bei dem sich die Spannung einstellen lässt. Verändert die Spannung und notiert eure Beobachtungen bezüglich Spannung und Strom.
 +  - Führt folgende drei Berechnungen für einen einfachen Stromkreis mit einem Widerstand durch: Nur berechnen, noch nicht aufbauen!
 +    - Wählt eine Spannung zwischen 1 und 30 V und einen Widerstandswert, den es im Stecksystem gibt. Berechnet den Strom.
 +    - Der Widerstand ist 470 Ω: Welche Spannung ist nötig, damit ein Strom von 50 mA fliesst?
 +    - Die Spannung, die über dem Widerstand abfällt, ist 5 V. Welcher Widerstand ist nötig, damit ein Strom von 5 mA fliesst?
 +  - Überprüft eure Berechnungen durch Messungen. 
 +{{:talit:electronics:pasted:20230817-145134.png?600|}}
 +
 ==== Spannung, Strom und Widerstand im einfachen Stromkreis ==== ==== Spannung, Strom und Widerstand im einfachen Stromkreis ====
 Folgendes Bild zeigt einen einfachen Stromkreis, links geschlossen, rechts nicht: Folgendes Bild zeigt einen einfachen Stromkreis, links geschlossen, rechts nicht:
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 {{:talit:electronics:wateranalogy.png?400|}} {{:talit:electronics:wateranalogy.png?400|}}
      
-**Spannung ist wie Höhe eines Berges**, von dem Steine herunterrollen: Auf der Spitze des Berges liegen grosse Steine bereit. Je höher der Berg, desto höher ist die potentielle Energie((Stell dir vor, du liessest einen fussballgrossen Stein von einem zwei Meter hohen Hügelchen herunterrollen. Der Stein würde schon etwas ausrollen – gefährlich wäre das aber noch nicht. Lässt du denselben Stein aber einen hundert Meter hohen Abhang herunterrollen, dann rollt der Stein sehr bald mit einer riesen Wucht und könnte ernsthaften Schaden anrichten. Auf dem zwei Meter hohen Hügel hat der Stein ein geringe potentielle Energie; oben am hundert Meter hohen Abhang hat der Stein eine hohe potentielle Energie.)) der Steine. Werden die Steine heruntergerollt, so können sie auf dem Weg nach unten Arbeit verrichten – zum Beispiel können sie ein paar Tannen fällen oder andere Steine ins Rollen bringen. Unten angekommen, ist die potentielle Energie der Steine geringer. Wie den Steinen auf dem Berg geht es den Elektronen beim Pluspol: Die Steine haben eine höhere potentielle Energie, wenn der Berg höher ist –  die Elektronen am Pluspol der Spannungsquelle haben eine höhere potentielle Energie, wenn die Spannung höher ist. Je höher die Energie der Elektronen, desto mehr Arbeit können sie verrichten und zum Beispiel eine Glühbirne zum Leuchten bringen oder einen Motor zu Drehen. Auf dem Weg zum Minuspol der Spannungsquelle nimmt die potentielle Energie der Elektronen ab. Zwischen den Elektronen am Minuspol und jenen am Pluspol besteht ein Unterschied an potentieller elektischer Energie: **Dieser Unterschied ist die elektrische Spannung**.+**Spannung ist wie Höhe eines Berges**, von dem Steine herunterrollen: Auf der Spitze des Berges liegen grosse Steine bereit. Je höher der Berg, desto höher ist die potentielle Energie((Stell dir vor, du liessest einen fussballgrossen Stein von einem zwei Meter hohen Hügelchen herunterrollen. Der Stein würde schon etwas ausrollen – gefährlich wäre das aber noch nicht. Lässt du denselben Stein aber einen hundert Meter hohen Abhang herunterrollen, dann rollt der Stein sehr bald mit einer riesen Wucht und könnte ernsthaften Schaden anrichten. Auf dem zwei Meter hohen Hügel hat der Stein ein geringe potentielle Energie; oben am hundert Meter hohen Abhang hat der Stein eine hohe potentielle Energie.)) der Steine. Werden die Steine heruntergerollt, so können sie auf dem Weg nach unten Arbeit verrichten – zum Beispiel können sie ein paar Tannen fällen oder andere Steine ins Rollen bringen. Unten angekommen, ist die potentielle Energie der Steine geringer. Wie den Steinen auf dem Berg geht es den Elektronen beim Pluspol: Die Steine haben eine höhere potentielle Energie, wenn der Berg höher ist –  die Elektronen am Pluspol der Spannungsquelle haben eine höhere potentielle Energie, wenn die Spannung höher ist. Je höher die Energie der Elektronen, desto mehr Arbeit können sie verrichten und zum Beispiel eine Glühbirne zum Leuchten bringen oder einen Motor zum Drehen. Auf dem Weg zum Minuspol der Spannungsquelle nimmt die potentielle Energie der Elektronen ab. Zwischen den Elektronen am Minuspol und jenen am Pluspol besteht ein Unterschied an potentieller elektischer Energie: **Dieser Unterschied ist die elektrische Spannung**.
  
 {{:talit:electronics:voltage_as_hight_of_mountain.png?400|}} {{:talit:electronics:voltage_as_hight_of_mountain.png?400|}}
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 +==== Auftrag B (einzeln) ====
 +  - Nimm ein kariertes A4-Blatt Papier hochformatig und erstelle eine schöne Notiz mit dem Titel "Einfacher Stromkreis mit Batterie und Lampe". 
 +  - Zeichne mit radierbarem Stift auf ca. 75 % der Breite einen einfachen Stromkreis: Links die Batterie, parallel dazu rechts die Lampe, dazwischen Verbindungen.
 +  - Zeichne über der Batterie einen Pfeil ein, der die Spannung über der Batterie symbolisiert und beschrifte diese Spannung mit U = 3.6 V. (Siehe auch Schaltungen in diesem Wiki). 
 +  - Zeichne auch einen Pfeil für den Strom ein, den du mit I beschriftest. 
 +  - Beschrifte die Lampe mit ihrem Widerstand: R<sub>L</sub> = 12 Ω.
 +  - Berechne den Strom, der durch die Lampe fliesst, wenn die Spannung der Batterie 3.6 Volt beträgt und die Lampe einen Widerstand von 12 Ω hat.
 +  - Zeichne in die Schaltung ein Ampèremeter (Strommessgerät) ein: Dieses muss //zwischen// die Schaltung – der Strom soll durch das Ampèremeter hindurch fliessen.
 +  - Zeichne auch ein Voltmeter (Spannungsmessgerägt) ein, das die Spannung über der Lampe misst: Prallel zur und rechts von der Lampe.
 +  - Baue die Schaltung auf. Messe Strom und Spannung und notiere die gemessenen Werte. Vergleiche mit deiner Berechnung.
 +  - Löse die folgenden Aufgaben.
 +
 +
 === Aufgaben 1 === === Aufgaben 1 ===
 == 1.1 – Zwei einfache Stromkreise == == 1.1 – Zwei einfache Stromkreise ==
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   - Wie gross ist der Strom in den beiden Schaltungen?   - Wie gross ist der Strom in den beiden Schaltungen?
  
-<nodisp 2>+<nodisp 1>
 ++++Lösung| ++++Lösung|
   - In der linken, da dort der Widerstand kleiner ist.    - In der linken, da dort der Widerstand kleiner ist. 
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 Welche Änderungen stellst du fest? Wie erklärst du diese? Welche Änderungen stellst du fest? Wie erklärst du diese?
-<nodisp 2>+<nodisp 1>
 ++++Lösung| ++++Lösung|
 Durch die Lampe, die nun eine Leistung von 1.2 W hat, fliesst mehr Strom – so viel, dass vergleichsweise kaum mehr Strom durch die andere Lampe zu fliessen scheint. Auch der Gesamtstrom in der Schaltung nimmt entsprechend zu. Grund dafür ist, dass eine Lampe mit höherer Leistung einen kleineren elektrischen Widerstand hat (sie ist eine höhere elektrische Last). Durch die Lampe, die nun eine Leistung von 1.2 W hat, fliesst mehr Strom – so viel, dass vergleichsweise kaum mehr Strom durch die andere Lampe zu fliessen scheint. Auch der Gesamtstrom in der Schaltung nimmt entsprechend zu. Grund dafür ist, dass eine Lampe mit höherer Leistung einen kleineren elektrischen Widerstand hat (sie ist eine höhere elektrische Last).
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 Bis jetzt hast du Schaltungen gesehen, die neben der Spannungsquelle nur //ein// Bauteil haben (einen Widerstand). In diesen Schaltungen ist die Spannung über dem Widerstand gleich gross wie die Spannung über der Spannungsquelle. Auch  der Strom ist in der ganzen Schaltung gleich gross. Was passiert, wenn wir zwei oder mehr Bauteile haben? Bis jetzt hast du Schaltungen gesehen, die neben der Spannungsquelle nur //ein// Bauteil haben (einen Widerstand). In diesen Schaltungen ist die Spannung über dem Widerstand gleich gross wie die Spannung über der Spannungsquelle. Auch  der Strom ist in der ganzen Schaltung gleich gross. Was passiert, wenn wir zwei oder mehr Bauteile haben?
  
 +
 +==== Auftrag C (in 2er-Gruppen) ====
 +  - Baut die Reihenschaltung unten auf, erwendet als Spannungsquelle ein Labor-Netzgerät. Messt die Spannungen U<sub>1</sub> und U<sub>2</sub> bei unterschiedlichen Kombinationen von Widerständen.
 +  - Nimmt pro Person ein Blatt Papier, betitelt es mit "Reihen- und Parallelschaltungen" und zeichnet erst die Reihenschaltung auf. 
 +  - Lest die Beschreibung zur Reihenschaltung und beantwortet die Testfragen auf eurem Papier.
 +  - Baut die Parallelschaltung auf und messt die Ströme I<sub>1</sub> und I<sub>2</sub> bei unterschiedlichen Kombinationen von Widerständen.
 +  - Zeichnet auch die Parallelschaltung auf euer Papier.
 +  - Lest die Beschreibung zur Parallelschaltung und beantwortet die Testfragen auf eurem Papier.
 +  - Löst die Aufgaben 2 in EveryCircuit und beantwort die Fragen auf eurem Papier.
 +  - Lest das Kapitel zu Unterbruch und Kurzschluss, zeichnet auch diese Schaltungen auf und löst die Testfragen und Aufgaben auf eurem Papier.
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 === Reihenschaltung === === Reihenschaltung ===
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 ==== Die Extremfälle Unterbruch und Kurzschluss ==== ==== Die Extremfälle Unterbruch und Kurzschluss ====
-Wenn du verstanden hast, wie sich Spannungen und Ströme in Reihen- und Parallelschaltungen verhalten, dann kannst du nun auch verstehen, was bei einem Unterbruch und bei einem Kurzschluss passiert. +Wenn du verstanden hast, wie sich Spannungen und Ströme in Reihen- und Parallelschaltungen verhalten, dann kannst du auch verstehen, was bei einem Unterbruch und bei einem Kurzschluss passiert.
- +
-\\+
 === Der Unterbruch: Ein extrem grosser Widerstand === === Der Unterbruch: Ein extrem grosser Widerstand ===
 Wir betrachten nochmals das Bild vom Anfang dieses Wikis: Wir betrachten nochmals das Bild vom Anfang dieses Wikis:
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-<nodisp 2>+<nodisp 1>
 ++++Lösung:| ++++Lösung:|
   - Kombination 1: Die Lampe leuchtet nicht, weil S1 offen ist und damit kein Strom fliesst (und weil keine Spannung über der Lampe abfällt).    - Kombination 1: Die Lampe leuchtet nicht, weil S1 offen ist und damit kein Strom fliesst (und weil keine Spannung über der Lampe abfällt). 
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 Mit diesem Wissen ist dir klar, wie ein //unbelasteter// Spannungsteiler funktioniert: Mit diesem Wissen ist dir klar, wie ein //unbelasteter// Spannungsteiler funktioniert:
  
-\\+==== Auftrag D (in 2er-Gruppen) ==== 
 +  - Baut die Schaltung zum unbelasteten Spannungsteiler unten auf, verwendet als Spannungsquelle ein Labor-Netzgerät. Verwendet für R<sub>1</sub> und P<sub>1</sub> gleichen Werte. Messt die Spannungen U<sub>1</sub> und U<sub>2</sub>, dreht am Poti und beobachtet. 
 +  - Nehmt pro Person ein Blatt Papier, betitelt es mit "Spannungsteiler unbelastet", zeichnet die Schaltung auf und notiert kurz eure Beobachtung.  
 +  - Lest die Beschreibung zum unbelasteten Spannungsteiler und beantwortet die Testfragen auf eurem Papier. 
 +  - Erstellt einen neuen Titel: "Spannungsteiler belastet", zeichnet die Schaltung auf und beantwortet die Testfragen. 
 +  - Löst die Aufgaben 4 in EveryCircuit und beantwort die Fragen auf eurem Papier.
 === Der unbelastete Spannungsteiler === === Der unbelastete Spannungsteiler ===
 Ein unbelasteter Spannungsteiler besteht aus einer Reihenschaltung aus (meistens) zwei Widerständen. Dabei kann der eine Widerstand (oder beide) ein Potentiometer, also ein verstellbarer Widerstand sein: Ein unbelasteter Spannungsteiler besteht aus einer Reihenschaltung aus (meistens) zwei Widerständen. Dabei kann der eine Widerstand (oder beide) ein Potentiometer, also ein verstellbarer Widerstand sein:
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   - Finde zwei Möglichkeiten und teste beide in Everycircuit.    - Finde zwei Möglichkeiten und teste beide in Everycircuit. 
  
-<nodisp 2>+<nodisp 1>
 ++++Lösung| ++++Lösung|
   - Möglichkeit 1: Die Widerstände für R1 und P1 verkleinern, sodass sie im Bereich des Widersandes von L1 liegen. Zum Beispiel 70 Ω für R1 und 100 Ω für P1. Das Problem an dieser Variante: Nun fliesst stets ein ziemlich grosser Strom durch die Schaltung – egal ob die Lampe leuchtet oder nicht.   - Möglichkeit 1: Die Widerstände für R1 und P1 verkleinern, sodass sie im Bereich des Widersandes von L1 liegen. Zum Beispiel 70 Ω für R1 und 100 Ω für P1. Das Problem an dieser Variante: Nun fliesst stets ein ziemlich grosser Strom durch die Schaltung – egal ob die Lampe leuchtet oder nicht.
  • talit/electronics/etbasic.1662030105.txt.gz
  • Zuletzt geändert: 2022-09-01 11:01
  • von gra