Kontrollfrage 09 Etit

Leiten Sie die Gleichung für die elektrische Leistung P=U I her.

P=dW/dt. Mit U=dW/dQ und I=dQ/dt folgt P=(dW/dQ)(dQ/dt)=U·I.

Wie lautet die Einheit der elektrischen Leistung in SI-Einheiten? Leiten Sie das aus der entsprechenden Gleichung her.

Watt: W = V·A = (J/C)(C/s) = J/s = kg·m²·s⁻³.

Durch einen 0.5-Watt Widerstand fließt ein Strom von 10 mA. Wie groß darf die maximal anliegende Spannung sein und warum?

U_max=P_max/I=0,5 W/0,01 A=50 V. Bei größerer Spannung würde P=UI die zulässige Verlustleistung überschreiten und der Widerstand überhitzen.

Wie errechnen Sie den Gesamtwiderstand einer Serienschaltung von N Widerständen R1…RN?

R_ges=R₁+R₂+…+R_N; durch alle Widerstände fließt derselbe Strom.

Wie errechnen Sie den Gesamtwiderstand einer Parallelschaltung von N Widerständen R1…RN?

1/R_ges=1/R₁+1/R₂+…+1/R_N; an allen Zweigen liegt dieselbe Spannung an.

Skizzieren Sie einen sogenannten Spannungsteiler und geben Sie die relevanten Beziehungen dafür an.

Zwei Widerstände R₁,R₂ in Reihe an U_in: U₂=U_in·R₂/(R₁+R₂), bei unbelastetem Ausgang. [Skizze erforderlich.]

Skizzieren Sie einen sogenannten Stromteiler und geben Sie die relevanten Beziehungen dafür an.

Zwei Widerstände parallel an Gesamtstrom I: I₁=I·R₂/(R₁+R₂), I₂=I·R₁/(R₁+R₂). Der kleinere Widerstand erhält den größeren Strom. [Skizze erforderlich.]

Welche Möglichkeiten der Energiewandlung kennen Sie?

Elektrisch ↔ mechanisch (Motor/Generator), elektrisch ↔ thermisch (Heizer), elektrisch ↔ chemisch (Akku), elektrisch ↔ Licht (LED/Solarzelle) und elektrisch ↔ Schall (Lautsprecher/Mikrofon).

Skizzieren Sie den Aufbau einer Zink-Kohlenstoff Batterie und erklären Sie deren Funktion kurz.

Zinkbecher = Anode, Mangandioxid/Kohlenstoffstab = Kathode, Elektrolytpaste dazwischen. Bei Entladung oxidiert Zink, Elektronen fließen außen zur Kathode; chemische Energie wird elektrisch nutzbar. [Skizze hilfreich.]

Was ist der Grund, warum sich Batterien entladen?

Die Redoxreaktion verbraucht die reaktiven Stoffe und erhöht die Reaktionsprodukte. Dadurch sinkt die chemische Potentialdifferenz und schließlich die verfügbare Spannung/Kapazität.

Was ist der wesentliche Unterschied zwischen Batterie (Primärelement) und Akkumulator (Sekundärelement).

Ein Primärelement ist für einmalige Entladung ausgelegt und nicht sinnvoll wiederaufladbar. Ein Sekundärelement/Akku besitzt weitgehend reversible Reaktionen und ist wiederaufladbar.

Welche Bauformen von Batterien kennen Sie aus dem Alltag?

Knopfzellen, AAA/Micro, AA/Mignon, C/Baby, D/Mono, 9-V-Block, flache Taschenlampenbatterie und prismatische bzw. zylindrische Akkuzellen.