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E-technik Praktikum (Subject) / Versuch 3 (Lesson)
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- 1. Wie lautet der Zusammenhang zwischen Induktivität und Wicklungszahl? Die Induktivität gibt an, wie groß die erzeugte Gegenspannung bei einer vorgegebenen Stromänderung ist. Die Induktivität ist abhängig von der Windungszahl und der Spulenkonstante. L=N2*AL Mit: L = Induktivität [H], N = Windungszahl, AL = Spulenkonstante [H] AL = (μ0μrA)/l Mit: μ0 = Magnetische Feldkonstante [H/m], μr = Relative Permeabilität, A = Kernquerschnitt [mm2], l = Spulenlänge [mm]
- 2. Was bedeutet Kapazität bzw. welche Eigenschaft hat eine Kapazität? Kapazität ist ein Maß für die Aufnahmefähigkeit. Hier ist die Kapazität C das Verhältnis zwischen der Ladungsmenge Q und der am Kondensator anliegenden Spannung U. C = Q/U C ergibt sich aus der Dielektrizitätskonstanten (ε0*εr) und der wirksamen Plattenfläche A dividiert durch den Plattenabstand d. C = (ε0*εr * A)/d Mit: C = Kapazität [F]=[As/V], ε0 = Elektrische Feldkonstante (8,85*10-12 [As/Vm]), εr = Dielektrizitätszahl, A = Plattenfläche [m2], d = Plattenabstand [mm]
- 3. Ein Kondensator besteht aus zwei Platten und einem Dielektrikum. Wie sollte man einen Kondensator bauen, um seine Kapazität bei gleich groß bleibenden Platten zu erhöhen? Schauen Sie sich hierbei genau die Formel für C an. Plattenfläche A vergrößern, Plattenabstand d verringern
- 4. Was versteht man unter einer idealen Spule? - Induktivität 1 H und einer Spannung von 1 V ist der Strom nach 1 s auf 1 A angewachsen - bei Kurzschluss keine Entladung - Magnetfeld in der Spule entsteht durch Strom im Spulendraht - ideal = vernachlässigbar, da kleiner ohmscher Widerstand
- 5. Mit welchen Formeln können die Augenblickwerte von Strom und Spannung einer Spule beim Ein- und Ausschaltvorgang eines LR-Gliedes berechnet werden? Einschalten: iL=U/R(1-e-ε/τ); iL=Imax(1-e-ε/τ), mit τ = L/R uL = U(e-ε/τ) Ausschalten: iL=U/R(e-ε/τ); iL=Imax(e-ε/τ) uL = -U(e-ε/τ)
- 6. Was gibt die Konstante τ (Tau) an und wie ist sie im LR- oder RC-Stromkreis zu berechnen? LR: τ = L/R RC: τ = R*C Spule funktioniert wie ein Widerstand, Kondensator andersherum
- 7. Wie lauten die Rechenregeln bei Parallel- und Reihenschaltungen von Spulen und Kondensatoren? SpuleParallel: Lges = 1/(1/L1+1/L2+…+1/Ln) Oder Lges = L1*L2/(L1+L2) Reihe: Lges = L1+L2+L3+…Ln Kondensator Parallel: Cges = C1+C2+C3+…+Cn Reihe: Cges = 1/(1/C1+1/C2+…+1/Cn) Oder Cges = C1*C2/(C1+C2) Spule-Reihenschaltung: Die Teilspannungen an den einzelnen Spulen verhalten sich proportional zur jeweiligen Induktivität Spule-Parallelschaltung: umgekehrt proportional, UL an allen Spulen gleich Kondensator-Reihenschaltung: umgekehrt proportional zur jeweiligen Kapazität, Kondensatorstrom an allen Stellen gleich Kondensator-Parallelschaltung: proportional zur Kapazität, Spannungsabfall über alle Kondensatoren ist gleich
- 8. Was versteht man unter einem induktiven Blindwiderstand? Der induktive Blindwiderstand ist der Widerstand, den eine Spule verursacht, wenn eine Wechselspannung an ihr anliegt. Der induktive Blindwiderstand XL steigt mit zunehmender Induktivität L. Des Weiteren bestimmen der Induktivwert und die Frequenz der angelegten Wechselspannung den induktiven Blindwiderstand XL = ωL Mit: XL = Induktiver Blindwiderstand [Ω]; ω = Kreisfrequenz (2πf)[1/s] Des Weiteren gibt der induktive Blindwiderstand das Verhältnis einer angelegten Wechselspannung UL und dem fließenden Strom IL an. Hierbei eilt der Strom der Spannung nach. XL = UL /IL
- 9. Was versteht man unter einem kapazitiven Blindwiderstand? Der kapazitive Blindwiderstand ist der Widerstand, den ein Kondensator verursacht, wenn eine Wechselspannung an ihm angelegt wird. Der kapazitive Blindwiderstand XC sinkt mit zunehmender Kapazität C. Des Weiteren wird der kapazitive Blindwiderstand durch den Kapazitätswert und die Frequenz der angelegten Wechselspannung bestimmt. XC = 1/ωC Mit: XC = Kapazitiver Blindwiderstand [Ω]; ω = Kreisfrequenz [1/s] (=2πf); C = Kapazität [F] Wie bei einer Spule stellt der kapazitive Blindwiderstand das Verhältnis einer angelegten Wechselspannung zum fließenden Wechselstrom IC dar. XC = UC/IC Der Strom läuft wieder phasenverschoben zur Spannung, jedoch eilt er beim Kondensator voraus.
- 10. Wie berechnet man die Gesamtinduktivität von in Reihe geschalteten Spulen? Die Gesamtinduktivität bei einer Reihenschaltung von Spulen ist gleich der Summe derEinzelinduktivitäten. Lges = L1 + L2 + L3 +…+ Ln Die Teilspannungen an den einzelnen Spulen verhalten sich proportional zur jeweiligen Induktivität, ihre Summe ergibt die Gesamtspannung ULges .
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- 11. Wie berechnet man die Gesamtinduktivität von parallel geschalteten Spulen? Bei einer Parallelschaltung von Spulen ist die Gesamtinduktivität kleiner als die kleinste Einzelinduktivität. Die Berechnung erfolgt mit folgender Formel: Lges = 1/ (1/ L1 + 1/ L2 + 1/ L3 +…+ 1/ Ln) Mit nur zwei parallelgeschalteten Spulen kann die Berechnung mit der Formel erfolgen: Lges = L1 * L2 /(L1 + L2) Der Strom durch die einzelnen Spulen verhält sich umgekehrt proportional zur jeweiligen Induktivität. Die Spannung UL ist bei einer Parallelschaltung an allen Spulen gleich.
- 12. Wie berechnet man die Gesamtkapazität von in Reihe geschalteten Kondensatoren? Schaltet man mehrere Kondensatoren in Reihe, so ist die Gesamtkapazität kleiner als die kleinste Einzelkapazität. Die Berechnung erfolgt mit folgender Formel: Cges = 1/ (1/ C1 + 1/ C2 + 1/ C3 +…+ 1/ Cn) Bei zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren ergibt sich: Cges = C1 * C2 /(C1 + C2) Die Teilspannungen an den einzelnen Kondensatoren verhalten sich umgekehrt proportional zur jeweiligen Kapazität, ihre Summe ergibt die Gesamtspannung uCges . Bei einer Reihenschaltung von Kondensatoren ist der Kondensatorstrom an allen Stellen gleich groß. Der gleiche Zusammenhang gilt für die elektrische Ladungsverschiebung.
- 13. Wie berechnet man die Gesamtkapazität von parallel geschalteten Kondensatoren? Schaltet man mehrere Kondensatoren parallel, dann ist die Gesamtkapazität gleich der Summe der Einzelkapazitäten. Die Gesamtkapazität berechnet sich wie folgt: Cges = C1 + C2 + C3 + … + Cn Die Teilströme verhalten sich proportional zu der jeweiligen Kapazität. Die Summe aller Teilströme ergibt den Gesamtstrom iCges. Der Spannungsabfall über alle Kondensatoren ist bei einer Parallelschaltung gleich.
- 1A. Die Lenz‘sche Regel besagt, dass die Selbstinduktionsspannung der erzeugenden magnetischen Flussänderung entgegenwirkt. Was hat dies beim Einschalten von Stromkreisen mit Induktivitäten zur Folge? daraus folgt, dass bei längeren Betrieb die magnetische Flussdichte sich nicht verändert, wodurch an der Spule keine Spannung induziert wird. Daraus folgt dass die Spannung an der Spule, auf lange Zeit, gegen 0 läuft. Wenn die Spannung eingeschaltet wird, sorgt der dann fließende Strom für den Aufbau eines Magnetfeldes. Dieses sich aufbauende Magnetfeld induziert in der Spule eine Spannung, die nach der Lenzschen Regel so gerichtet ist, dass dem Stromanstieg entgegen gewirkt wird.
- 2A. Welche Bedeutung hat eine Parallelschaltung von Spule und Kondensator? Es entsteht ein Parallelschwingkreis. Unterschieden wird zwischen Idealem und Reellem. Allgemein gilt, dass Versorgungsspannungen bei allen Komponenten gleich groß sind, die Versorgungsströme hingegen nicht Idealer Parallelschwingkreis: - Eine Spule und ein Kondensator liegen parallel an derselben Spannung - Durch diese kann die Schaltung zu „erzwungenen Schwingungen“ angeregt werden; sie ist damit zu einer Parallelresonanz fähig. - Bei dieser ist beim idealen Schwingkreis aus verlustlosen Bauteilen der an den Klemmen beobachtbare Widerstand unendlich groß. Merksatz: Beim Kondensator eilt der Strom vor. Bei einer Induktivität L läuft die Stromphase gegenüber der Spannungsphase um 90° nach. Merksatz: In der Induktivität kommt der Strom zu spät.