1 Strom und Spannung 932021 Hnig Elektrotechnik 1

1. Strom und Spannung 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 Bei uns kommt der Strom aus der Steckdose Oder wie ist das Genauer? 1

Stromkreis Quelle Verbraucher i i Definition: die Pfeile werden als Zählpfeile bezeichnet Zählpfeile dienen als Orientierungshilfe 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 2

Begriffliches… Quelle bezeichnet ein Betriebsmittel, das eine zunächst beliebige Energieform in eine elektrische Energie umformt. Verbraucher bezeichnet ein Betriebsmittel, in dem eine beliebige Energieform aus einer elektrischen umgeformt wird. Nach dem Energie-Erhaltungs-Satz wird nirgendwo Energie gewonnen oder verbraucht. Es finden allenfalls Umformungen statt. 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 3

Stromkreis - Versuch Quelle Verbraucher i 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 4

Stromkreis - Versuch Quelle Verbraucher i 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 5

Stromkreis - Versuch Quelle Verbraucher i 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 6

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Stromkreis - Versuch Quelle Verbraucher i 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 8

Erwartungshaltung? …viel Strom wenig Spannung (…Helligkeit) … wenig Strom viel Spannung (…Helligkeit) …im Prinzip wie bei der Installationstechnik 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 9

Stromkreis - Bezeichnungen Quelle Verbraucher i i u U 0: Quellenspannung u: Verbraucherspannung i: Strom an der Übergabestelle 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 10

Auswertung der Erwartungshaltung? …viel Strom wenig Spannung (…Helligkeit) … wenig Strom viel Spannung (…Helligkeit) u i 12 V 0 A 11, 6 V 11, 2 V 10, 8 V 10, 4 V 10, 0 V … 0, 2 A 0, 4 A 0, 6 A 0, 8 A 1, 0 A … 2 a 1 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 2 11

u i 12 V 0 A 11, 6 V 11, 2 V 10, 8 V 10, 4 V 10, 0 V … 0, 2 A 0, 4 A 0, 6 A 0, 8 A 1, 0 A … 2 a 1 2 i 1. 0 A „y 0. 9 A “ 2 0. 8 A 0. 7 A 2 a 0. 6 A 0. 5 A Graphische Darstellung der Tabellenwerte (ein Bild verrät mehr als tausend Worte…) 0. 4 A 0. 3 A 0. 2 A 0. 1 A 1 u 0 A 0 V 1 V 2 V 3 V 4 V 5 V 6 V 7 V 8 V „x“ Prognosen? 9/3/2021 9 V 10 V 11 V 12 V 13 V 14 V 15 V Hönig: Elektrotechnik 1 12

Graphik der Messergebnisse alleine i 1. 0 A „y 0. 9 A “ 2 0. 8 A 2 a 0. 7 A 0. 6 A 0. 5 A Bild 1. 1 Graphische Darstellung der Tabellenwerte 0. 4 A 0. 3 A 0. 2 A 0. 1 A 1 u 0 A 0 V 1 V 2 V 3 V 4 V 5 V 6 V 7 V 8 V 9 V 10 V 11 V 12 V 13 V 14 V 15 V „x“ 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 13

Bei uns kommt der Strom aus der Steckdose 1. Anliegen: Versuchsergebnisse und Graphik analytisch fassen Vorgehensweise: die Graphik als Problem der elementaren Geometrie auffassen und interpretieren 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 14

i 2 a 1 2 1 1. 0 A „y 0. 9 A “ 2 (Alternativ: nach i auflösen) 0. 8 A (ordnen) 2 a 0. 7 A (Steigung) 0. 6 A 0. 5 A Bild 1. 1 Graphische Darstellung der Tabellenwerte 0. 4 A (Kehrwert) 0. 3 A (Konstante isolieren; Prognosemöglichkeit) 0. 2 A (Konstante benennen) 0. 1 A 1 (u isolieren) u 0 A 0 V 1 V 2 V 3 V 4 V 5 V 6 V 7 V 8 V 9 V 10 V 11 V 12 V 13 V 14 V 15 V „x“ (ordnen) (Konstante herausarbeiten) (Funktionsgleichung; Prognosemöglichkeit) 9/3/2021 (die andere Konstante) Kleine Formelsammlung mit Begriffsbestimmungen Hönig: Elektrotechnik 1 15

Leerlaufspannungsquelle Interpretation der Summenbildung in Elektrische Quelle Addition der Spannungen Verbraucherstrom i Ri·i U 0 Verbraucher u (wird in Kap. 1. 2 detailliert) Entspricht der „Systemimpedanz“ in Folie 16 (Kettensäge) 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 16

Folge Oder wie bei meiner neuen Kettensäge: Sicherheit Funktion 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 17

Kurzschluß-Stromquelle Interpretation der Summenbildung in i Ik u/Ri „Brigach und Breg bringen die Donau zu Weg“ 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 18

Kurzschluß-Stromquelle Interpretation der Summenbildung in i Ik Ik i u/Ri Ri u Verbraucher u/Ri „Bifurkation der Hase und 9/3/2021 Else“ (nahe Osnabrück) Hönig: Elektrotechnik 1 i Ik 19

Bei uns kommt der Strom aus der Steckdose 2. Anliegen: Additive Verknüpfung von Spannungen! 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 20

Bei uns kommt der Strom aus der Steckdose 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 21

Ersatzschaltbilder elektrischer Quellen Ri·i U 0 u Ik i i u/Ri Verbraucher Ri u Verbraucher u/Ri i Ik symbolisiert 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 22

Ersatzschaltbilder elektrischer Quellen Ik u U 0 i u/Ri R Verbrau cher i u/Ri Ik u Verbrau cher i Ri·i i Beide Darstellungen geben das Versuchsergebnis u i 12 V 0 A 11, 6 V 11, 2 V 10, 8 V 10, 4 V 10, 0 V … 0, 2 A 0, 4 A 0, 6 A 0, 8 A 1, 0 A … korrekt wieder 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 23

Anwendung: ein „Verbraucher an der Telefonsteckdose Es gelten Ri·i U 0 i Verbraucher u Betriebspunkt „Leerlauf“: 1 Betriebspunkt „Kurzschluss“: 2 b 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 24

Anwendungsschaltung: Telefon Platz für die elektrische Quelle „Telefonsteckdose“ Hauptstromkreis im Telefon zum Wählen 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 25

Animation des wesentlichen Teiles des Wählvorganges („Impulswahl“) Sie beobachten periodisch abwechselnden Leerlauf und Kurzschluss einer elektrischen Quelle mit Innenwiderstand Übrigens: die physikalische Basis des CAN-Busses (Daten. Sammel-Leitung) in Ihrem Auto funktioniert nach dem genau gleichen Prinzip! Start durch Einfachklick 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 26

Übungsaufgabe: telefon. doc t/s 0 0. 05 0. 10 0. 15 i/(m. A) t/s u/V t/s 9/3/2021 Hönig: Elektrotechnik 1 27