Big Bang HTL 3, Schulbuch

Grundlagen der Elektrotechnik 6 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 65 Überlege, wieso der Motor in Abb. 6.9, S. 57 mit Gleich- und Wechselstrom betrieben werden kann. L Nimm an, der Strom aus Ybbs-Persenbeug wird mit einer Hochspannungsleitung über 100 km transpor- tiert. Berechne, wie viel der Leistung absolut und relativ bei einer 220 kV beziehungsweise bei einer 380-kV-Leitung verloren geht! Nimm an, die Leitungen sind aus Aluminium ( ρ = 3 · 10 –8 Ω m) und haben einen Querschnitt von 3 cm 2 . L Nimm an, jede Turbine von Ybbs-Persenbeug hat einen eigenen Trafo, der mit nur 2% Verlust arbeitet. Berechne, wie viel Watt das entspricht! Berechne, wie schnell man damit einen Liter Wasser zum Kochen bringen könnte! Was folgt daraus? L Überprüfe rechnerisch alle Angaben des Typenschilds in Abb. 6.15, S. 58! L Begründe, warum das Vorzeichen der Phasenverschie- bung für die Wirkleistung belanglos ist! L Begründe, warum es beim Bau von Hochspannungs- leitungen oft massive Widerstände der Bevölkerung gibt! L In Nassräumen verwendet man oft sogenannte Trenntrafos, etwa für die Rasiersteckdose. Erkläre, wie diese funktionieren! L Überlege, warum Strom für den Menschen gefährlich ist und welche Maßnahmen es gibt, um Stromunfäl- len vorzubeugen. Bedenke dabei, wie Nervenzellen funktionieren. L a) Leite die Gleichung für die Induktionsspannung einer rotierenden Leiterschleife ab (S. 55). Verwende dazu die Gleichungen für den magnetischen Fluss und für die Induktionsspannung U ind = d Φ ___ d t sowie den Zusammenhang zwischen Drehwinkel und Winkel- geschwindigkeit α = ω · t . b) Überlege, wie man die Induktionsspannung in der Leiterschleife erhöhen könnte. Begründe mit Hilfe der in F30 a gefundenen Gleichung. Schätze die Leistung einer Turbine in einem Laufkraft- werk der Donau ab (Abb. 6.10, S. 57). Nimm den Höhen- unterschied zwischen Ober- und Unterwasser mit 11m an und die Durchflussmenge mit 350m 3 /s. Nimm an, dass 10% der potenziellen Energie des Wassers bei der Umwandlung in elektrische Energie in Form von Wärme verloren gehen. F22 A2 F23 A2 F24 A2 F25 A2 F26 A1 F27 A2 F28 A2 F29 A2 F30 F31 Erkläre, was man unter dem Wirkungsgrad versteht! Berechne, wie groß er maximal sein kann und warum dieser maximale Wert in der Praxis nicht erreicht wird! Vervollständige Tab. 6.1! Gerät aufgewendete Energie Nutzenergie Wirkungsgrad in % Elektromotor mechanisch 90–99,5 Fahrraddynamo 20–65 Generator 95–99,5 Transformator elektrisch 50–99,8 Tab. 6.1 Die Leistung des Wechselstroms ergibt sich aus P = U eff I eff cos ϕ . Er kann Werte von 0 bis 1 annehmen. Überlege mit Hilfe von Tab. 6.1, ob der Leistungsfakter cos ϕ den Wirkungsgrad eines Motors angibt. F32 F33 Faradays Versuch Der Effekt der elektromagnetischen Induktion wurde nach vielen Versuchen von M ICHAEL F ARADAY entdeckt (siehe Abb. 5.25, S. 50). Den Durchbruch schaffte er im Jahre 1831. Seine Versuchsanordnung (Abb. 6.40) würden wir heute als Transformator bezeichnen. Baue diese Schaltung nach und probiere sie aus. Abb. 6.40: Schematische Darstellung von Faradays Versuch Schließt du den Schalter, fließt Strom durch die rechte Spule und der Eisenring wird magnetisiert. Die Kompassnadel , die an die linke Spule angeschlossen ist, schlägt beim Schlie- ßen des Schalters aus und geht gleich wieder in die Aus- gangslage zurück. Die Auslenkung der Kompassnadel zeigt, dass eine elektrische Spannung in der linken Spule indu- ziert wurde, die zu einem kurzzeitigen Stromfluss führte. Öffnest du den Schalter, kannst du beobachten, dass die Kompassnadel kurzzeitig in die Gegenrichtung ausschlägt. Das Schließen und Öffnen des Schalters bewirkt, dass sich das magnetische Feld im Ring ändert. Beim Schließen wird es aufgebaut, beim Öffnen abgebaut. Faraday entdeckte mit Hilfe seiner Vorrichtung, dass Änderungen des magneti- schen Feldes in der Umgebung eines Leiters Spannung in- duzieren , die bei einem geschlossenen Kreis zum Stromfluss führt. e Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv