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Lösungsweg: AB214

Frage: Ein Spannungswandler wandelt 5 V in 12 V um. Dabei nimmt er 3 A auf und gibt 1 A ab. Wie groß ist sein Wirkungsgrad?
Lösung: 80,0 %

Ein Spannungswandler wandelt eine Eingangsspannung von $U_{\mathrm{in}} = \qty{5}{\volt}$ in eine Ausgangsspannung von $U_{\mathrm{out}} = \qty{12}{\volt}$ um. Dabei nimmt er einen Eingangsstrom von $I_{\mathrm{in}} = \qty{3}{\ampere}$ auf und liefert einen Ausgangsstrom von $I_{\mathrm{out}} = \qty{1}{\ampere}$.

Zur Berechnung des Wirkungsgrades benötigen wir zunächst die Eingangs- und Ausgangsleistung. Diese berechnen sich mit

$$ P = U \cdot I $$

Damit ergibt sich für die Eingangsleistung:

$$ P_{\mathrm{in}} = U_{\mathrm{in}} \cdot I_{\mathrm{in}} = \qty{5}{\volt} \cdot \qty{3}{\ampere} = \qty{15}{\watt} $$

Die Ausgangsleistung beträgt:

$$ P_{\mathrm{out}} = U_{\mathrm{out}} \cdot I_{\mathrm{out}} = \qty{12}{\volt} \cdot \qty{1}{\ampere} = \qty{12}{\watt} $$

Nun kann der Wirkungsgrad berechnet werden:

$$ \eta = \frac{P_{\mathrm{out}}}{P_{\mathrm{in}}} = \frac{\qty{12}{\watt}}{\qty{15}{\watt}} = 0{,}8 $$

Zur Umrechnung in Prozent wird mit $\qty{100}{\percent}$ multipliziert:

$$ \eta = 0{,}8 \cdot \qty{100}{\percent} = \qty{80}{\percent} $$

Der Spannungswandler besitzt somit einen Wirkungsgrad von $\qty{80}{\percent}$.

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