Aufgaben zu Antrieb und Widerstand (Das Ohmsche Gesetz)

Drei verschiedene Glühlämpchen.

1) Kennlinien von elektrischen Bauteilen

Von zwei Lämpchen und einer Bleistiftmine aus Graphit hat man die Kennlinien gemessen. Die Lämpchen haben im Sockel die Angaben [math]4\,\rm V/400\,\rm mA[/math] und [math]12\,\rm V/400\,\rm mA[/math] eingeprägt.

a) Ordne den Gegenständen die richtige Kennlinie zu und begründe deine Entscheidung.

b) Wie stark ist der Strom bei der Graphitmine, wenn man eine Spannung von [math]U=10\,\rm V[/math] anlegt?

c) Berechne den elektrischen Widerstand der drei Bauteile bei einer anliegenden Spannung von [math]U=4\,\rm V[/math].

2) Der Widerstand als Bauteil im Stromkreis

Verschiedene Bauformen von Widerständen.

Ein Widerstand wird in einem Schaltplan als Rechteck gezeichnet.

Wickelt man einen langen, dünnen Draht eng auf und umschließt ihn mit einem festen Material, so erhält man ein elektrisches Bauteil, dass die Stromstärke vermindern kann. Dieses Bauteil nennt man einen "Widerstand".
Das Wort "Widerstand" hat also zwei Bedeutungen: Entweder ist damit die physikalische Größe [math]R[/math] gemeint, also der Quotient von Spannung und Stromstärke, oder ein Bauteil, dass ich in die Hand nehmen kann. Das Material des Drahtes im Widerstand (Bauteil) ist so gewählt, dass der Widerstand (physikalische Größe [math]R[/math]) nicht von der Temperatur abhängt.

a) Welches Gesetz gilt hier, weil der elektrische Widerstand konstant ist?

b) An einem Widerstand mit [math]R=10\,\rm \Omega[/math] liegt eine Potentialdifferenz von [math]U=3\,\rm V[/math] an. Wie groß ist die Stromstärke?

c) Welche Spannung muß man anlegen, um eine Stromstärke von [math]I=0{,}6\,\rm A[/math] (von [math]I=2\,\rm A[/math]) zu erreichen?

3) Gefahren durch elektrischen Strom

kommt noch...

4) Eine Sicherung

In jedem Haushalt befindet sich ein Sicherungskasten. Für jeden Raum oder Flur gibt es eine eigene Sicherung. Für den Elektroherd gibt es sogar eine zusätzliche Sicherung. Bei einer zu großen Stromstärke, in der Regel ab 16 Ampère, "fliegt die Sicherung raus".

a) Welchen Vorteil hat man von einer Sicherung?

b) Man schließt einen Wasserkocher, der einen elektrischen Widerstand von [math]R=26\,\rm \Omega[/math] hat, an. Wird die Sicherung "rausfliegen"?

5) Falsch angeschlossen

Ein Glühlämpchen mit der Aufschrift [math]4\,\rm V/250\,\rm mA[/math] wird versehentlich an eine Spannung von 12 Volt angeschlossen. Was passiert? Und warum?

6) Zwei Lämpchen parallel schalten

Zwei Lämpchen sollen gleichzeitig betrieben werden. Sie tragen die Aufschrift [math]4\,\rm V/500\,\rm mA[/math] und [math]4\,\rm V/250\,\rm mA[/math]. Sie werden parallel an eine Spannung von 4 Volt geschaltet.

a) Zeichne den Schaltplan.

b) Kennzeichne Gebiete gleichen Potentials mit Farbe und beschrifte mit der Potentialangabe.

c) Berechne alle verschiedenen Stromstärken.

d) Wie groß ist der Widerstand der Lämpchen?

e) Man kann die beiden Lämpchen gedanklich zu einer Einheit zusammenfassen. Wie groß ist der gemeinsame Widerstand der Lämpchen? Vergleiche mit den einzelnen Widerständen!

7) Zwei Lämpchen in Reihe schalten

Die beiden Lämpchen werden nun in Reihe an ein Netzgerät geschaltet. Damit sie nicht kaputt gehen, wählt man die Spannung so, dass ein Strom der Stärke [math]I = 250\,\rm mA[/math] fließt.
In der Betrachtung gehen wir vereinfachend davon aus, dass für die Lämpchen das Ohmsche Gesetz gilt.

a) Zeichne einen Schaltplan.

b) Kennzeichne Gebiete gleichen Potentials mit Farbe.

c) Welchen Widerstand haben die Lämpchen?

d) Welche Spannung liegt an den Lämpchen an? Kennzeichne nun die Potentialgebiete mit Farbe und beschrifte sie.

e)Welche Spannung liegt am Netzgerät an?

f) Man kann die beiden Lämpchen gedanklich zu einer Einheit zusammenfassen. Wie groß ist der gemeinsame Widerstand der Lämpchen? Vergleiche mit den einzelnen Widerständen!