Gleichstromlehre Flashcards
2 Kirchhoffsche Gesetze
- Knotenpunktsatz
- Maschensatz
Knotenpunktsatz
An jedem Knoten ist die Summe der zufliessenden Ströme gleich der Summe der abfliessenden Ströme.
—> die Summe aller Ströme in einem Knotenpunkt ist gleich Null
Maschensatz
Die Summe der erzeugten Spannungen ist gleich der Summe der Spannungsabfälle.
—> die Summe aller Spannungen in einer Masche ist jederzeit gleich Null
Vorgehensweise bei der Maschensatzberechnung
- Spannungspeile über der Stromquelle und den Widerständen eintragen (von + zu -)
- Zählrichtung der Masche/Schleife festlegen (willkürlich)
- Maschengleichung Aufstellen
Verhältnis zwischen Spannungen und Widerständen in der Serieschaltung
Spannungen zu den Widerständen proportional
Verhältnis zwischen den Strömen und Widerständen in der Paralellschaltung
Ströme zu den Widerständen umgekehrt proportional
Was ist der Leitwert
Kehrwert vom Widerstand
Berechnungen Widerstand
Meist über den Leitwert rechnen
unbelasteter Spannungsteiler
Die Spannungen werden in U1 und U2 aufgeteilt. Die Spannung U2 verhält sich zur Gesamtspannung wie der Teilwiderstand R2 zum Gesamtwiderstand R1+R2
belasteter Spannungsteiler
Beim Ersatzbild des belasteten Spannungsteiler wird aus einer Serieschaltung eine gemischte Schaltung.
Brückenschaltung
zwei Spannungsteiler zu einander Parallel. zwischen den Seriewiderständen ein weiterer Widerstand (Brücke)
2 varianten von Brückenschaltungen
abgeglichen oder nicht abgeglichen
R1/R2 = R3/R4 oder U1/U2 = U3/U4 –> Es fliesst kein Strom durch den Brückenwiderstand R5 (UR5=0).
R1/R2 ≠ R3/R4 oder U1 /U2 ≠ U3/U4 –> Es fliesst ein Strom durch den Brückenwiderstand R5 (UR5≠0).
Lösung für nicht abgeglichene Brückenschaltungen
Stern- Dreieckumwandlung / Dreieck- Sternumwandlung
Leerlauf (unbelastete Spannungsquelle)
Die Klemmenspannung (U) ist gleich der Urspannung (U0), weil kein Strom fliesst, der einen Spannungsabfall über dem Innenwiderstand verursacht.
Kurzschluss (Spannungsquelle)
Die gesamte Urspannung (U0) fällt am Innenwiderstand ab. Es fliesst ein maximaler Strom, der durch den Innenwiderstand begrenzt wird.
Leistungsanpassung (Spannungsquelle)
Max. Leistung P Ra=Ri, Pa=Pi, η=0.5 Anwendungen: Solaranlagen, Lautsprecher, Mikrofon
Spannungsanpassung (Spannungsquelle)
Spannung U so hoch wie möglich Ra > Ri Anwendungen: Wenn Wirkungsgrad wichtig ist, Klemmenspannung nicht zu stark absinken darf. Je grösser der Aussenwiderstand, umso grösser die Klemmenspannung
Stromanpassung (Spannungsquelle)
Strom I so hoch wie möglich Ra < Ri
Anwendungen: elektrische Schweissanlagen. Je kleiner der Aussenwiderstand, umso kleiner die Klemmenspannung
Was ist bei der Serieschaltung von Spannungsquellen zu beachten
Es müssen gleiche Batterien mit gleicher Quellspannung und gleichem Innenwiderstand verwendet werden. Da durch alle Quellen der selbe Strom fliesst (abhängig von der Stärke der grössten Quelle) würde die kleineren überlastet.
Was passiert wenn eine Quelle mit vertauschter Polarität eingesetzt würde (Serieschaltung)
die Spannung wirkt subtraktiv.
Ein Akku würde die anderen aufladen
Ein Primärelement würde zerstört
Was muss bei der Parallelschaltung von Spannungsquellen beachtet werden
Immer gleiche Elemente verwenden.
- ungleiche Urspannungen würden im unbelastetem Zustand bereits Ausgleichströme zur Folge haben.
- ungleiche Innewiderstände hätten ungleiche Belastung der Quellen zur Folge
Wann wird eine Parallelschaltung / Serieschaltung bei Spannungsquellen angewendet
Parallel: wird ein grösserer Strom benötigt werden die Quellen parallel geschalten –> kleinerer Innenwiderstand —> grösserer Strom
Serie: wird eine höhere Spannung benötigt werden die Zellen in Serie geschalten —> Serieschaltung U0= U01+U02…
Wann wird eine gemischte Schaltung bei Spannungsquellen angewendet
Wird eine höhere Spannung sowie eine grössere Strombelastbarkeit benötigt. Zellen in Serie (grössere Spannung) zueinander Parallel (dadurch kleinerer Innenwiderstand)
Für welchen Zweck wird eine gemischte Schaltung bei Spannungsquellen angewendet
z.B. Leistungsanpassungen (grösserer Strom + grössere Spannung = grösserer Leistung)
Was ist ein Kaltleiter
PTC: positiver Temperaturkoeffizient,
je wärmer der Widerstand desto grösser wird er
Temperatur hoch = Widerstand hoch
Was ist ein Heissleiter
NTC: negativer Temperaturkoeffizient
je kälter der Widerstand desto kleiner wird er
Temperatur hoch = Widerstand klein
Wo werden Kaltleiter PTC angewandt
- Überwachung von Motorwicklungen
- Selbstregulierende Heizungen (Heissleimpistolen)
- Flüssigkeitsniveaufühler (Öltank)
Wo werden Heissleiter NTC angewandt
- Temperaturmessungen
- Spannungsstabilatoren
- Anzugs- und Abfallverzögerte Relais
Was ist der Temperaturkoeffizient α
Er sagt aus um welchen Wert sich ein Widerstand von 1Ω bei einer Temperaturänderung von 1K ändert, bei einer Anfangstemperatur von 20°C.
Was ist der Materialnullpunkt
Schnittpunkt des Kaltleiters auf der Temperaturachse im negativen Bereich. (Cu=-235°)
Was ist eine Suptraleitung
In der nähe des Materialnullpunktes verlieren einige Metalle ihren elektrischen Widerstand und erhalten dadurch eine unendliche Leitfähigkeit. (Sprungtemperatur) mittlerweile bei 125K(-148°)
Was ist ein Potentiometer
einen stetig einstellbaren Widerstand zur Einstellung von Sollwerten bei elektrischen/elektronischen Geräten
Wo werden Potentiometer eingesetzt
Helligkeit bei Dimmern
Lautstärkeeinstellung bei Radios
Wie ist ein Potentiometer aufgebaut
Alle Potentiometer haben einen beweglichen Schleifkontakt. Damit wird der Gesamtwiderstand in 2 Teilwiderstände aufgeteilt.
Zwei Arten Potentiometer
lineare (Meist verwendete) und logarithmische (nur in Audiotechnik) Potentiometer
Material Poti
- meist Kohleschicht Poti.
- für lange Lebensdauer Kunststoffschicht Potentiometer.
- für hohe Leistungen Drahtpotentiometer
Kenngrössen Potentiometer
Nennbelastbarkeit (drehwinkelabhängig) Linearität Drehwinkel mechanische Lebensdauer Maximalstrom Widerstands Toleranz Temperaturverhalten Genauigkeit
Probleme bei Potentiometer
Abnutzung des Schleifkontakts
Verschmutzung
Durch Schläge oder Bewegung Änderung des eingestellten Wertes
Werden Potis noch heute eingesetzt
Meist ersetzt durch digitale Drehgeber oder Taster
Was ist bei belasteten Potis zu beachten
Um genaue Werte zu erhalten muss der Last Widerstand mind. 100 mal grösser sein als der Widerstand des Potis selbst. Je grösser der Lastwiderstand desto lineare wird es. Je stärker die Belastung desto unlinearer die Kennlinie.
Chemische erzeugung von Spannung
Werden zwei unterschiedliche Metalle in ein Elektrolyt getaucht entsteht eine Spannungsdifferenz.
Elektrochemische Spannungsreihe
beginnend mit Wasserstoff = 0V (elektrisch neutral)
jedes geeignete Metall hat eine galvanische Spannung. diese Spannung ist auf der Spannungsreihe ersichtlich. Z.B
Zinn= -0.76 Cu= 0.34 dadurch ergibt sich eine Spannungsdifferenz von 1.1V
Galvanische Elemente
Primär- und Sekundärelemente
Unterschied zwischen Primär- und Sekundärelement
Primär: nicht aufladbar(Batterien,Lithium-Ionen Batterie)
Sekundär: aufladbar (Akkus, Bleiakku)
Bei welchem Akku entsteht der Memory Effekt
Nickel-Cadmium Akku (seit 2017 verboten)
Was ist der Memory Effekt
Bei unvollständigem entladen und häufigem wieder aufladen wird eine Leistungsminderung hervorgerufen. Der Akku schwächst sich nach und nach
Nickel-Metallhidrig Akku
geringe Selbstentladung
Lithium-Ionen Akku
Tiefenentladung führ zu irreversibler Schädigung und Kapazitätsverlust
Was ist bei Lithium-Ionen Akkus zu beachten
Da sie sehr empfindlich auf falsche Behandlung reagieren, werden sie mit einer Elektronik betrieben. (BMS Batteriemanagementsystem) Diese schützt die Batterie vor Tiefenentladung, Überladung und thermische Überlast.
Brennstoffzelle
Hier wird chemische Energie in einem galvanischen Element durch zuführen eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel in elektrische Energie umgewandelt. Unterschied zum Akku ist das die Energie nicht gespeichert wird sondern durch stetiges zuführen des Brennstoffes Energie erzeugt. Brennstoff: z.B. Wasserstoff, Methanol
Wo werden Brennstoffzellen verwendet
Antriebe von U-Boten, Fahrzeuge und Raumfahrt
Stromversorgung in Wohnmobilen
Blockheizkraftwerke
