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Lösungsweg: AD108

Frage: Welche Leistung tritt in $R_2$ auf, wenn $U$ = 15 V und alle Widerstände $R_1$ bis $R_3$ je 10 kOhm betragen?
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Kurzfassung: Schaltplan mit drei Widerständen: R1 liegt in der oberen Leitung in Serie, danach verzweigt der Strom auf zwei parallele Zweige mit R2 und R3; links ist die Spannung U mit Plus oben und Minus unten angegeben, der Strompfeil I zeigt nach rechts.

Detailbeschreibung: Links verbinden zwei offene Klemmen die obere und untere Sammelschiene; neben der linken Vertikalleitung steht „U“, mit „+“ am oberen Anschluss und „−“ am unteren; ein Pfeil entlang dieser Leitung zeigt nach unten. Auf der oberen Sammelschiene ist links ein Pfeil nach rechts mit der Beschriftung „I“. Direkt rechts davon liegt ein rechteckiges Widerstandssymbol mit der Aufschrift „R1“ in Serie. Die obere Leitung führt danach zu einem Knoten (schwarzer Punkt). Von diesem Knoten führt ein senkrechter Zweig nach unten durch einen rechteckigen Widerstand „R2“ zu einem unteren Knoten (schwarzer Punkt) auf der unteren Sammelschiene. Die obere Leitung geht außerdem vom ersten Knoten weiter nach rechts und biegt dann nach unten ab; in diesem rechten Vertikalzweig sitzt ein weiterer rechteckiger Widerstand „R3“, der unten wieder auf die untere Sammelschiene trifft. Die untere Sammelschiene verläuft durchgehend zurück zum linken unteren Anschluss. Sichtbare Beschriftungen: „U“, „+“, „−“, „I“, „R1“, „R2“, „R3“.
Lösung: 2,5 mW

Gesucht ist die Leistung am Widerstand $R_2$.

Gegeben sind:

$$ U = \qty{15}{\volt} $$

und

$$ R_1 = R_2 = R_3 = \qty{10}{\kilo\ohm} $$

Es ergibt sich für die Parallelschaltung aus $R_2$ und $R_3$:

$$ R_{23} = \qty{5}{\kilo\ohm} $$

Damit beträgt der Gesamtwiderstand:

$$ R_\mathrm{ges} = R_1 + R_{23} = \qty{10}{\kilo\ohm} + \qty{5}{\kilo\ohm} = \qty{15}{\kilo\ohm} $$

Der Gesamtstrom ist somit:

$$ I_\mathrm{ges} = \frac{U}{R_\mathrm{ges}} = \frac{\qty{15}{\volt}}{\qty{15}{\kilo\ohm}} = \qty{1}{\milli\ampere} $$

Dieser Strom teilt sich gleichmäßig auf $R_2$ und $R_3$ auf:

$$ I_{2} = \frac{I_\mathrm{ges}}{2} = \qty{0,5}{\milli\ampere} $$

Die Leistung am Widerstand $R_2$ berechnet sich mit:

$$ P = I^2 \cdot R $$

Also:

$$ P_{2} = I_{2}^2 \cdot R_2 $$ $$ P_{2} = \left(\qty{0,5}{\milli\ampere}\right)^2 \cdot \qty{10}{\kilo\ohm} $$ $$ P_{2} = \qty{2,5}{\milli\watt} $$
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