Strom, Spannung, Widerstand, Leistung, Energie
Navigationshilfe
Diese Navigationshilfe zeigt die ersten Schritte zur Verwendung der Präsention. Sie kann mit ⟶ (Pfeiltaste rechts) übersprungen werden.
Navigation
Zwischen den Folien und Abschnitten lässt sich mittels der Pfeiltasten hin- und herspringen, dazu lassen sich auch die Pfeiltasten am Computer nutzen.
- Pfeil runter und hoch: Nächste / Vorherige Folie
- Pfeil rechts und links: Nächster / Vorheriger Abschnitt
- Leertaste oder „n“: Der Reihe nach alle Elemente in Folien aufdecken oder zur nächsten Folie blättern
- Shift-Leertaste oder „p“: Der Reihe nach Elemente rückwärts zudecken oder zur vorherigen Folie blättern
Weitere Funktionen
Mit ein paar Tastenkürzeln können weitere Funktionen aufgerufen werden. Die wichtigsten sind:
- F1
- Help / Hilfe
- o
- Overview / Übersicht aller Folien
- s
- Speaker View / Referentenansicht
- f
- Full Screen / Vollbildmodus
- b
- Break, Black, Pause / Ausblenden der Präsentation
- Alt-Click
- In die Folie hin- oder herauszoomen
Übersicht
Die Präsentation ist zweidimensional aufgebaut. Dadurch sind in Spalten die einzelnen Abschnitte eines Kapitels und in den Reihen die Folien zu den Abschnitten.
Tippt man ein „o“ ein, bekommt man eine Übersicht über alle Folien des Foliensatzes. Das hilft, sich zunächst einen Überblick zu verschaffen oder sich zu orientieren, wenn man das Gefüht hat, sich „verlaufen“ zu haben. Die Navigation erfolgt über die Pfeiltasten.
Durch Anklicken einer Folie wird diese präsentiert.
Referentenansicht
Tippt man ein „s“ ein, bekommt man ein neues Fenster, die Referentenansicht.
Indem man „Layout“ auswählt, kann man zwischen verschieden Anordnungen der Elemente auswählen.
Die Referentenansicht bietet folgende Elemente:
- Links sieht man die aktuelle Folie
- Rechts oben sieht man die nächste Folie
- Rechts in der Mitte Hilfsmittel zur Zeiteinteilung
- Rechts unten, die „Notizen für den Vortragenden“
- Unten die Pfeile zur Navigation
Praxistipps zur Referentenansicht
- Wenn man mit einem Projektor arbeitet, stellt man im Betriebssystem die Nutzung von 2 Monitoren ein: Die Referentenansicht wird dann zum Beispiel auf dem Laptop angezeigt, während die Teilnehmer die Präsentation angezeigt bekommen.
- Bei einer Online-Präsentation, wie beispielsweise auf TREFF.darc.de, präsentiert man den Browser-Tab und navigiert im „Speaker View“ Fenster.
- Die Referentenansicht bezieht sich immer auf ein Kapitel. Am Ende des Kapitels muss sie geschlossen werden, um im neuen Kapitel eine neue Referentenansicht zu öffnen.
- Um mit dem Mauszeiger etwas zu markieren oder den Zoom zu verwenden, muss mit der Maus auf den Bildschirm mit der Präsentation gewechselt werden.
Vollbild
Tippt man ein „f“ ein, wird die aktuelle Folie im Vollbild angezeigt. Mit „Esc“ kann man das Vollbild wieder verlassen.
Das ist insbesondere für den Bildschirm mit der Präsentation für das Publikum praktisch.
Ausblenden
Tippt man ein „b“ ein, wird die Präsentation ausgeblendet.
Sie kann wie folgt wieder eingeblendet werden:
- Durch Klicken in das Fenster.
- Durch nochmaliges Drücken von „b“.
- Durch Klicken der Schaltfläche „Resume presentation“.
Zoom
Bei gedrückter Alt-Taste und einem Mausklick in der Präsentation wird in diesen Teil hineingezoomt. Das ist praktisch, um Details von Schaltungen hervorzuheben. Durch einen nochmaligen Mausklick zusammen mit Alt wird wieder herausgezoomt.
Das Zoomen funktioniert nur im ausgewählten Fenster. Die Referentenansicht ist hier nicht mit der Präsenationsansicht gesynct.
Recht zum Selbstbau
- Sender und Sendeanlagen benötigen normalerweise eine behördliche Zulassung
- Funkamateure sind davon ausgenommen
- Sie sind berechtigt, im Handel erhältliche, selbstgefertigte oder auf Amateurfunkfrequenzen umgebaute Sendeanlagen zu betreiben
A: darf mit seiner Amateurfunkstelle jederzeit Nachrichten für und an Dritte übermitteln, die nicht den Amateurfunkdienst betreffen.
B: muss die einschlägigen Bestimmungen der BNetzA zur elektrischen Sicherheit nicht beachten.
C: ist berechtigt, im Handel erhältliche, selbst gefertigte oder auf Amateurfunkfrequenzen umgebaute Sendeanlagen zu betreiben.
D: benötigt in keinem Fall eine Standortbescheinigung der BNetzA für seine Amateurfunkstelle.
Bauteile
- Zum Selbstbau werden verschiede elektronische Bauteile benötigt
- Diese weisen unterschiedliche Eigenschaften auf
- In Klasse N gibt es nur wenige, einfache Schaltungen $\rightarrow$ mehr in Klasse E und A
- Kenntnisse der Symbole und Bezeichnungen reichen
Anforderungen an Funkgeräte
- Alle im Handel erhältlichen, seriengefertigten Funkanlagen müssen die grundlegenden Anforderungen und Bestimmungen des Funkanlagengesetzes (FuAG) einhalten
- EU-Konformitätserklärung (CE-Kennzeichnung) vor in Verkehr bringen erstellen
- Nur dann dürfen vom Markt bereitgestellte Anlagen in Betrieb genommen werden
A: Die Amateurfunkverordnung (AfuV)
B: Das Funkanlagengesetz (FuAG)
C: Das Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmitteln (EMVG)
D: Für solche Amateurfunkgeräte gibt es keine Regelung.
A: Kommerziell hergestellte Funkanlagen, die zu Amateurfunkzwecken umgebaut wurden
B: Bausätze für Amateurfunkanlagen
C: Selbstgebaute Amateurfunkanlagen
D: Auf dem Markt bereitgestellte Amateurfunkanlagen
A: Seriengefertigte Geräte müssen die grundlegenden Anforderungen nach dem Funkanlagengesetz (FuAG) einhalten und eine CE-Kennzeichnung tragen.
B: Die Funkgeräte müssen eine nationale Zulassungskennzeichnung nach Vorgabe der BNetzA tragen.
C: Selbstgebaute Funkgeräte müssen die grundlegenden Anforderungen nach dem Funkanlagengesetz (FuAG) einhalten und eine CE-Kennzeichnung tragen.
D: Seriengefertigte Amateurfunkgeräte unterliegen nicht dem Funkanlagengesetz (FuAG).
A: Amateurfunkempfänger dürfen ausschließlich von Funkamateuren betrieben werden; darüber hinaus gibt es keine weiteren Vorschriften.
B: Es sind die Bestimmungen des Funkanlagengesetzes (FuAG) einzuhalten.
C: Grundlegende Anforderungen an Amateurfunkempfänger sind in der Amateurfunkverordnung geregelt.
D: Amateurfunkempfänger brauchen grundsätzlich keinerlei Bestimmungen einzuhalten.
Selbstbau
- Ausnahme: von Funkamateuren selbst gebaute und umgebaute Funkanlagen
- Müssen nicht die Anforderungen des Funkanlagengesetzes erfüllen
- Müssen keine CE-Kennzeichnung tragen
A: Solche Amateurfunkanlagen müssen den Anforderungen des Funkanlagengesetzes (FuAG) genügen.
B: Solche Amateurfunkanlagen sind nach den Funkanlagengesetzes (FuAG) nicht zulässig.
C: Solche Amateurfunkanlagen müssen nicht den Anforderungen des Funkanlagengesetzes (FuAG) genügen.
D: Solche Amateurfunkanlagen müssen der BNetzA zur Prüfung vorgestellt werden.
Elektrische Spannung
Wiederholung vom Anfang des Kurses:
- Nach Trennung von positiven und negativen Ladungen versuchen diese wieder zusammenzukommen
- Es liegt eine elektrische Spannung vor
- Die Einheit ist Volt, abgekürzt $\unit{\volt}$
A: Volt (V)
B: Ohm ($\Omega$)
C: Ampere (A)
D: Amperestunden (Ah)
Kleine Spannungen
- Empfängereingang: $\qty{10}{\micro\volt}$
- Mikrofon: $\qty{200}{\milli\volt}$
- Batterie: $\qty{1,5}{\volt}$ oder $\qty{9}{\volt}$
| Bezeichnung | Abkürzung | Wert |
|---|---|---|
| 1 Mikrovolt | $\qty{1}{\micro\volt}$ | $\qty{0,000001}{\volt}$ |
| 1 Millivolt | $\qty{1}{\milli\volt}$ | $\qty{0,001}{\volt}$ |
| 1 Volt | $\qty{1}{\volt}$ | $\qty{1}{\volt}$ |
Große Spannungen
- Steckdose: $\qty{230}{\volt}$
- Elektrostatisch aufgeladene Antenne: $\qty{1,5}{\kilo\volt}$
- Höchstspannungsleitung: $\qty{380}{\kilo\volt}$
| Bezeichnung | Abk. | Wert |
|---|---|---|
| 1 Kilovolt | $\qty{1}{\kilo\volt}$ | $\qty{1000}{\volt}$ |
| 1 Megavolt | $\qty{1}{\mega\volt}$ | $\qty{1000000}{\volt}$ |
| 1 Gigavolt | $\qty{1}{\giga\volt}$ | $\qty{1000000000}{\volt}$ |
A: 4,200 μV
B: 4200 mV
C: 4200 MV
D: 4200 kV
Elektrischer Strom
Stromkreis
- Beim Anschluss eines elektrischen Verbrauchers an die Pole einer Spannungsquelle, fangen die Ladungen an sich zu bewegen
- Das ist ein geschlossener Stromkreis
- Je nach Spannung und Verbraucher fließt mehr oder weniger Strom
- Die elektrische Stromstärke wird in Ampere ($\unit{\ampere}$) gemessen
A: Ohm ($\Omega$)
B: Volt (V)
C: Amperestunden (Ah)
D: Ampere (A)
Beispiele für Stromstärke
| Verbraucher | |||
|---|---|---|---|
| Leuchtdiode (LED) | $\qty{5}{\milli\ampere}$ | = | $\qty{0,005}{\ampere}$ |
| Transceiver im Empfangsbetrieb | $\qty{900}{\milli\ampere}$ | = | $\qty{0,9}{\ampere}$ |
| Transceiver im Sendebetrieb | $\qty{21}{\ampere}$ | = | $\qty{21}{\ampere}$ |
A: 4,2 A.
B: 0,0042 A.
C: 0,42 A.
D: 0,042 A.
Gefahren durch elektrischen Strom
- Stromschlag vermeiden!
- An anerkannte Regeln der Technik halten
- Vom Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik e. V. (VDE)
- Schutz von Menschen, Tieren und Sachen
A: Es gelten die Vorschriften der örtlichen Stromversorger.
B: Sie ist nach den CEPT-Empfehlungen aufzubauen.
C: Es gelten keine besonderen Vorschriften, da ein Funkamateur eine sachkundige Person ist.
D: Nach den anerkannte Regeln der Technik, wie sie z. B. in den VDE-Normen festgelegt sind.
Gefährliche Spannung
- Wechselspannung (AC) über $\qty{50}{\volt}$
- Gleichspannung (DC) über $\qty{120}{\volt}$
- Darunter kommt es zu keinen lebensbedrohlichen Beeinträchtigungen des menschlichen Körpers
A: 20 V (AC), 60 V (DC)
B: 100 V (AC), 140 V (DC)
C: 75 V (AC), 150 V (DC)
D: 50 V (AC), 120 V (DC)
Stromunfälle
- Abhängig von Stromstärke und Dauer des Stromflusses
- Weg durch den Körper
- Ab $\qty{30}{\milli\ampere}$ lebensgefährliche Schäden
Auswirkungen auf den Körper
- Herzrhythmusstörungen, Herzkammerflimmern oder Herzstillstand, inbesondere bei einem Stromweg im Brustbereich
- Verbrennungen, meist an den Ein- und Austrittstellen des elektrischen Stroms
- Verkrampfen der Muskulatur
- Sekundärunfälle wie einen Sturz, verursacht durch den hervorgerufenden Schreck oder eine Muskelverkrampfung
- Zusätzlich (Stör-)Lichtbogen mit hellem Leuchten über die Luft möglich
Gefahr beim Öffnen von Geräten
- Kondensatoren können hohe Spannungen speichern
- Es können in abgeschalteten Geräten noch gefährliche Spannungen anliegen
- Beim Öffnen von Geräten erfahrenen Funkamateur oder Elektrofachkraft zu Hilfe holen
A: Verkochungen, Muskelzucken, Herzasthma
B: Verätzungen, Muskelentzündungen, Herzklopfen
C: Verbrennungen, Muskelverkrampfungen, Herzrhythmusstörungen
D: Verbrühungen, Muskelkater, Atembeschwerden
A: Stromunfälle, Spannungsabfälle, Unfälle durch Erschrecken
B: Stromschlag, Kurzschluss, Auslösen von Sicherungen
C: Lichtblitze, Stromspitzen, Folgeschäden durch Ohnmacht
D: elektrische Körperdurchströmung, Störlichtbogen, Sekundärunfälle
Erste Hilfe
- In den ersten Minuten entscheidend für die Schwere der Unfallfolgen
- Unbedingt Arzt aufsuchen
- Herzrhythmusstörungen und Herzkammerflimmern können Stunden nach dem Unfall auftreten
A: Personen, die einen Stromschlag erlitten haben, sind unverzüglich in eine stabile Seitenlage zu bringen.
B: Bei Stromschlag mit Wechselstrom (AC) ist ein Arzt aufzusuchen, bei Stromschlag mit Gleichstrom (DC) ist kein Arzt erforderlich.
C: Sofern sich die verunfallte Person gut fühlt, sind keine Maßnahmen erforderlich.
D: Es ist ein Arzt aufzusuchen, da Herzrhythmusstörungen und Herzkammerflimmern auch noch viele Stunden nach einem Stromschlag auftreten können.
5 Sicherheitsregeln in der Elektrotechnik
- Freischalten, z. B. Gerät ausschalten
- Gegen Wiedereinschalten sichern, z. B. Stecker ziehen
- Spannungsfreiheit feststellen, z. B. mit einem Multimeter messen
- Erden und Kurzschließen, z. B. das Gehäuse und Zuleitungen erden
- Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken (findet bei einzelnen Geräten meist keine Anwendung)
Leiter und Nichtleiter
Materialien lassen sich in drei Gruppen einteilen:
- Leiter
- Nichtleiter
- Halbleiter
Leiter
- Leiten elektrischen Strom
- Sind meistens aus Metall
- Manche können Strom besser leiten als andere
Leiter, sortiert von besonders gut zu weniger gut leitend
| Ordnung | Material |
|---|---|
| 1 | Silber |
| 2 | Kupfer |
| 3 | Gold |
| 4 | Aluminium |
| 5 | Wolfram |
| 6 | Zink |
| 7 | Zinn |
A: Aluminium
B: Kupfer
C: Wolfram
D: Zink
A: Zinn
B: Gold
C: Kupfer
D: Silber
A: Zinn
B: Aluminium
C: Gold
D: Kupfer
Nichtleiter
- Leiten keinen elektrischen Strom
- Auch Isolatoren genannt
Isolatoren
| Bezeichnung | Abkürzung |
|---|---|
| Porzellan | |
| Polyethylen | PE |
| Polystyrol | PS |
| Kork | |
| Polyvinylchlorid | PVC |
| Polytetrafluorethylen | PTFE |
A: Porzellan, Polyethylen (PE), Bronze
B: Porzellan, Polyethylen (PE), Polystyrol (PS)
C: Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylchlorid (PVC), Wolfram
D: Polystyrol (PS), Messing, Kork
Stromkreis
- Besteht aus einer Spannungsquelle und einem Verbraucher
- Die Spannung bringt den Strom zum Fließen
Schalter
- Unterbricht oder schließt Stromkreis
- Bei offenem Schalter ist der Stromfluss unterbrochen
A: Schalter
B: Masse
C: Erde
D: Antenne
Widerstand
- Begrenzt den Stromfluss
- Wandelt Strom in Wärme um
A: Widerstand
B: Diode
C: Kondensator
D: Spule
Stromrichtung
Vom Pluspol zum Minuspol: technische Stromrichtung
A: Ja, weil der Pluspol mit dem Minuspol verbunden ist.
B: Nein, weil kein geschlossener Stromkreis vorhanden ist.
C: Ja, weil die Spannungsquellen nie exakt identisch sind.
D: Nein, weil dies nur bei verschiedenen Spannungsquellen möglich ist.
Spannungsmessung
- Spannungen lassen sich mit einem Messgerät ermitteln
- Schaltsymbol „V mit einem Kreis“
- Messgerät richtig einstellen
- An den richtigen Stellen messen
Richtig messen
- Spannung wird zwischen zwei Punkten gemessen
- Parallel zum zu messenden Bauteil
A: Strommessgerät
B: Spannungsquelle
C: Stromquelle
D: Spannungsmessgerät
A: 3 V
B: 1,5 V
C: 2,25 V
D: 0 V
A: -3 V
B: 3 V
C: 0 V
D: 1,5 V
Strom messen
- Strommessgeräte messen den elektischen Strom
- Schaltsymbol „A in einem Kreis“
Richtig messen
- Strom wird in Serie mit den Bauteilen gemessen
- Dadurch wird die Stromstärke durch das Bauteil ermittelt
A: Spannungsquelle
B: Strommessgerät
C: Stromquelle
D: Spannungsmessgerät
Strom- und Spannungsmessung II
- Der Strom wird im Stromkreis eingeschleift gemessen
- Die Spannung wird über den Widerstand gemessen
- Der Widerstand im Voltmeter soll hochohmig sein $\rightarrow$ Strom nimmt den Weg des geringsten Widerstandes
A: in den Stromkreis einzuschleifen und sollte hochohmig sein.
B: in den Stromkreis einzuschleifen und sollte niederohmig sein.
C: parallel zum Messobjekt anzuschließen und sollte niederohmig sein.
D: parallel zum Messobjekt anzuschließen und sollte hochohmig sein.
Zeigerinstrumente ablesen
- Richtige Auswahl der zu messenden Größe mit dem Schalter wählen
- Richtige Skala anhand des Messbereichs wählen
- Ggf. muss um einen Faktor 10 oder 100 multipliziert oder dividiert werden
- Vorteil: Es ist intuitiv und man sieht kontinuierliche Änderungen
Parallaxenfehler
- Parallaxenfehler vermeiden, indem gerade drauf geschaut wird
- Viele Zeigerinstrumente haben einen Spiegel hinter dem Zeiger
- Wenn der Zeiger sich im Spiegelbild überdeckt, wird gerade drauf geschaut
A: 29 V
B: 2,9 V
C: 8,8 V
D: 88 V
A: 29 V
B: 290 V
C: 88 V
D: 8,8 V
Spitzen- und Effektivwert
Spitzenwert
- Der Spitzenwert einer Sinusschwingung entspricht der Amplitude
- Von Nulllinie bis höchstem Wert
- Spitzen-Spitzen-Wert von niedrigstem bis höchstem Wert
Spitzen-Spitzen-Wert bei sinusförmigen Spannungen
$$U_{SS} = 2\cdot \hat{U}$$
A: 4 V
B: 20 V
C: 40 V
D: 10 V
A: 12 V
B: 6 V
C: 2 V
D: 8,5 V
Effektivwert
Bei einer Wechselspannung der Wert, der in einem Widerstand zu einer vergleichsweisen Gleichspannung in Leistung umgesetzt wird
Bei sinusförmigen Spannungen (ohne Herleitung)
$$\hat{U} = U_{eff}\cdot \sqrt{2}$$
A: 1 V und -1 V
B: 0,7 V und -0,7 V
C: 0,5 V und -0,5 V
D: 0 V
Lösungsweg
$$\hat{U} = U_{eff}\cdot \sqrt{2}$$ $$U_{eff} = \dfrac{\hat{U}}{\sqrt{2}}$$ $$U_{eff} = \dfrac{\qty{1}{\volt}}{1,41} \approx \qty{0,7}{\volt}$$A: 8,5 V
B: 17 V
C: 6,0 V
D: 24 V
Lösungsweg
$$\hat{U} = U_{eff}\cdot \sqrt{2}$$ $$U_{eff} = \dfrac{\hat{U}}{\sqrt{2}}$$ $$U_{eff} = \dfrac{\qty{12}{\volt}}{1,41} \approx \qty{8,5}{\volt}$$A: 17 V
B: 8,5 V
C: 34 V
D: 24 V
Lösungsweg
$$\hat{U} = U_{eff}\cdot \sqrt{2}$$ $$\hat{U} = \qty{12}{\volt}\cdot 1,41 \approx \qty{17}{\volt}$$ $$U_{SS} = 2\cdot \hat{U}$$ $$U_{SS} = 2\cdot \qty{17}{\volt} = \qty{34}{\volt}$$A: 163 V.
B: 325 V.
C: 650 V.
D: 460 V.
Lösungsweg
$$\hat{U} = U_{eff}\cdot \sqrt{2}$$ $$\hat{U} = \qty{230}{\volt}\cdot 1,41 \approx \qty{325}{\volt}$$A: 460 V.
B: 325 V.
C: 163 V.
D: 651 V.
Oszilloskop I
Periode
- Dauer einer vollständigen Schwingung
- Wird zur Ermittlung der Frequenz benötigt, z. B. Oszilloskop
- Periode steht im umgekehrten Verhältnis zur Frequenz
- Formelzeichen T, Einheit Sekunde (s)
Hier gibt es die Möglichkeit das Ganze nochmal auszuprobieren. An den Reglern kann man die Amplitude $a$ und die Periode $T$ einer Sinusschwingung einstellen.
| Amplitude: |
$a$= 50%
|
|
| Periode: |
$T$= 1s und $f$=1Hz
|
A: 20 kHz.
B: 20 MHz.
C: 2 MHz.
D: 200 kHz.
Periodendauer ablesen
- Kästchen einer ganzen Periode im Nulldurchgang zählen
- Mit der Zeiteinheit multiplizieren
- Bei 8 Kästchen und $\qty{2}{\milli\second}$ pro Kästchen $\rightarrow 8 \cdot \qty{2}{\milli\second} = \qty{16}{\milli\second}$
A: 1,5 ms
B: 3 ms
C: 4 ms
D: 2 ms
Frequenz ermitteln
$$f = \dfrac{1}{T}$$Erst Periodendauer ermitteln, dann Frequenz ausrechnen
A: 500 Hz
B: 50 Hz
C: 100 Hz
D: 20 Hz
Lösungsweg
Eine Periode ist 4 Kästchen lang
$$T = 4 \cdot \qty{5}{\milli\second} = \qty{20}{\milli\second}$$ $$f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{\qty{20e-3}{\second}} = $$ $$0,05 \cdot \frac{1}{\qty{10^{-3}}{\second}} = 0,05 \cdot \qty{10^3}{\hertz} = \qty{0,05}{\kilo\hertz} = \qty{50}{\hertz}$$A: 250 Hz
B: 667 Hz
C: 500 Hz
D: 333 Hz
A: 833 kHz
B: 8,33 MHz
C: 83,3 MHz
D: 83,3 kHz
Lösungsweg
Eine Periode ist 4 Kästchen lang
$$T = 4 \cdot \qty{3}{\micro\second} = \qty{12}{\micro\second}$$ $$f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{\qty{12e-6}{\second}} = $$ $$0,0833 \cdot \frac{1}{\qty{10^{-6}}{\second}} = 0,0833 \cdot \qty{10^6}{\hertz} = \qty{0,0833}{\mega\hertz} = \qty{83,3}{\kilo\hertz}$$
A: 833 kHz
B: 83,3 MHz
C: 8,33 kHz
D: 8,33 MHz
NF-Verzerrungen
- Manchmal werden Signale ungewollt verformt.
- Das geschieht zum Beispiel, wenn in einen Verstärker eine zu hohe Eingangsspannung eingespeist wird.
- Man sagt dann, der Verstärker ist übersteuert und sein Ausgangssignal verzerrt.
- Das kann mit einem Oszilloskop sichtbar gemacht werden.
A: Ein Vielfachmessgerät
B: Ein Transistorvoltmeter
C: Ein Oszilloskop
D: Ein Frequenzzähler
Ohmsches Gesetz
Kurze Wiederholung:
- Elektrische Ladungen werden in Spannungesquellen getrennt, wodurch elektrische Spannung entsteht. Buchstabe $U$, Einheit Volt ($\unit{\volt}$).
- Elektrische Spannung sorgt für elektrischen Stromfluss in geschlossenem Stromkreis. Buchstabe $I$, Einheit Ampere ($\unit{\ampere}$).
- Verbraucher üben in einem Stromkreis einen Widerstand aus und bremsen den Stromfluß. Buchstabe $R$, Einheit Ohm ($\unit{\ohm}$).
A: Ampere (A)
B: Watt (W)
C: Ohm ($\Omega$)
D: Volt (V)
Zusammenhang
- Spannung $\qty{10}{\volt}$
- Strom $\qty{1}{\milli\ampere}$
- Bei $\qty{20}{\volt}$ erhöht sich der Strom auf $\qty{2}{\milli\ampere}$
- Bei $\qty{5}{\volt}$ verringert sich der Strom auf $\qty{0,5}{\milli\ampere}$
Proportionalität: $I$ ist proportional zu $U$ mit Proportionalitätsfaktor 10000
Widerstand
- Der Proportionalitätsfaktor von 10000 aus dem Beispiel ist der Widerstand $R$
- Einheit: $\qty{1}{\ohm} = \qty{1}{\frac{\volt}{\ampere}}$
- Der Widerstand aus dem Beispiel beträgt $\qty{10000}{\ohm}$ oder $\qty{10}{\kilo\ohm}$
Ohmsches Gesetz
Der Widerstand ist das Verhältnis von Spannung und Strom
$$ R = \dfrac{U}{I} $$
A: 40,000 Ohm
B: 0,025 Ohm
C: 0,200 Ohm
D: 3,600 Ohm
Formelumstellung
- Spannung und Widerstand bekannt
- Strom unbekannt
- Strom und Widerstand bekannt
- Spannung unbekannt
A: 9,000 V
B: 1,111 V
C: 9,000 kV
D: 1,111 kV
A: $I =R \cdot U$
B: $R = U \cdot I$
C: $R = \dfrac{I}{U}$
D: $I = \dfrac{U}{R}$
A: $R = U \cdot I$
B: $I =R \cdot U$
C: $R = \dfrac{I}{U}$
D: $R = \dfrac{U}{I}$
A: $R = U \cdot I$
B: $R = \dfrac{I}{U}$
C: $I =R \cdot U$
D: $U = R \cdot I $
Widerstandsfarbcode
- Statt Zahlenwert wird eine Codierung aus Farbringen auf Widerständen aufgedruckt
- In diesem Beispiel: $47 \cdot \qty{1000}{\ohm} = \qty{47000}{\ohm} = \qty{47}{\kilo\ohm}$
- Die Bedeutung der Farben ist in der Tabelle auf der nächsten Folie
| Farbe | Wert | Multiplikator | Toleranz |
|---|---|---|---|
| Silber | - | $\num{0,01}$ | $\qty{\pm 10}{\percent}$ |
| Gold | - | $\num{0,1}$ | $\qty{\pm 5}{\percent}$ |
| Schwarz | 0 | $\num{1}$ | - |
| Braun | 1 | $\num{10}$ | $\qty{\pm 1}{\percent}$ |
| Rot | 2 | $\num{100}$ | $\qty{\pm 2}{\percent}$ |
| Orange | 3 | $\num{1000}$ | - |
| Gelb | 4 | $\num{10000}$ | - |
| Grün | 5 | $\num{100000}$ | - |
| Blau | 6 | $\num{1000000}$ | $\qty{\pm 0,25}{\percent}$ |
| Violett | 7 | $\num{10000000}$ | $\qty{\pm 0,1}{\percent}$ |
| Grau | 8 | $\num{100000000}$ | - |
| Weiß | 9 | $\num{1000000000}$ | - |
| Keine | - | - | $\qty{\pm 20}{\percent}$ |
Toleranz
- Abweichung vom tatsächlichen Wert
- Beispiel: silber bedeutet $\qty{\pm 10}{\percent}$
- $$\qty{10}{\percent} \cdot \qty{47}{\kilo\ohm} = \qty{4,7}{\kilo\ohm}$$
- Widerstandswert zwischen $\qty{42,3}{\kilo\ohm}$ und $\qty{51,7}{\kilo\ohm}$
A: 47 kOhm.
B: 4,7 MOhm.
C: 470 kOhm.
D: 4,7 kOhm.
A: 4,7 MOhm.
B: 470 kOhm.
C: 47 kOhm.
D: 4,7 kOhm.
A: 2,7 MOhm.
B: 2,7 kOhm.
C: 27 kOhm.
D: 270 kOhm.
A: 2,7 MOhm.
B: 2,7 kOhm.
C: 270 kOhm.
D: 27 kOhm.
A: Rot, orange, braun
B: Braun, rot, orange
C: Braun, rot, rot
D: Rot, braun, rot
A: 10000000
B: 1000000
C: 100000
D: 10000
A: $±$5 %
B: $±$1 %
C: $±$0,1 %
D: $±$10 %
A: $±$0,1 %
B: $±$1 %
C: $±$0,5 %
D: $±$5 %
A: $±$10 %
B: $±$0,1 %
C: $±$5 %
D: $±$1 %
SMD-Widerstände
- SMD: Surface Mounted Device
- Widerstand in sehr kleiner Bauform
- Letzte Stelle des aufgedruckten Widerstandswerts gibt die Zehnerpotenz an
A: Auf dem Widerstand ist der Wert in Form von Zahlen abgedruckt, wobei die angegebene Zahl dem Wert des Widerstands entspricht.
B: Auf dem Widerstand ist der Wert in Form von Zahlen abgedruckt, wobei die letzte Ziffer die Zehnerpotenz angibt.
C: Auf dem Widerstand ist der Wert in Form von Farbringen aufgedruckt, wobei der letzte Farbring die Toleranz angibt.
D: Auf dem Widerstand ist der Wert in Form von Farbringen aufgedruckt, wobei der letzte Farbring die Zehnerpotenz angibt.
A: 10 kOhm
B: 1 kOhm
C: 103 Ohm
D: 10,3 Ohm
A: 220 Ohm
B: 221 Ohm
C: 22,0 Ohm
D: 22,1 Ohm
A: 220 Ohm
B: 223 Ohm
C: 22 kOhm
D: 22,3 kOhm
Widerstandsmaterialien
Drahtwiderstände
- Draht aus einem Leiter mit gutem konstanten Widerstand trotz ändernder Temperatur
- Dadurch ist eine hohe Last möglich
- Oftmals gewickelt für mehr Länge
- Dadurch nur für niedrige Frequenzen geeignet
A: LDR-Widerstände
B: Metalloxidschichtwiderstände
C: Drahtwiderstände
D: Metallschichtwiderstände
Metallschichtwiderstand
- Widerstandsmaterial als dünne Schicht auf einem Träger
- Hohe Widerstandswerte möglich
- Sehr präzise
- Geringe Temperaturabhängigkeit
A: Drahtwiderstände
B: Metallschichtwiderstände
C: Metalloxidschichtwiderstände
D: LDR-Widerstände
Metalloxidschichtwiderstand
- Ähnlich wie Metallschichtwiderstand
- Induktionsarm
- Für hohe Frequenzen geeignet
A: LDR-Widerstände
B: Metalloxidschichtwiderstände
C: Drahtwiderstände
D: Metallschichtwiderstände
A: geringe Eigeninduktivität und Eigenkapazität
B: hohe Eigeninduktivität und Eigenkapazität
C: geringen elektrischen und elektronischen Leitwert
D: hohen elektrischen und elektronischen Leitwert
Widerstandstoleranzen
- Einfache Prozentrechnung
- Korrektur nach unten und oben vom angegebenen Widerstandswert
A: 5040 bis 6160 Ohm.
B: 5,2 bis 6,3 kOhm.
C: 4760 bis 6440 Ohm.
D: 4,7 bis 6,8 kOhm.
A: 5040 bis 6160 Ohm.
B: 4760 bis 6440 Ohm.
C: 5240 bis 6360 Ohm.
D: 4760 bis 6840 Ohm.
Heißleiter und Kaltleiter
Heißleiter
- Heißleiter ist ein temperaturabhängiger Widerstand
- Englisch: Negative Temperature Coefficient Thermistor (NTC)
- Leitet bei hohen Temperaturen elektrischen Strom besser
A: LDR
B: VDR
C: NTC
D: PTC
Kaltleiter
- Kaltleiter ist ein temperaturabhängiger Widerstand
- Englisch: Positive Temperature Coefficient Thermistor (PTC)
- Leitet bei tiefen Temperaturen elektrischen Strom besser
Halbleiter
- Weisen Eigenschaften von Leitern als auch von Nichtleitern auf
- Häufige Halbleiterelemente: Silizium oder Germanium
Diode
- Einfachstes Halbleiter-Bauteil: Diode
- Strom kann nur in einer Richtung durch sie hindurchfließen
A: Widerstand
B: Diode
C: Spule
D: Kondensator
Anschlüsse einer Diode
- Anode und Kathode
- Plus-Pol an Anode und Minus-Pol an Kathode: Diode leitet
- Plus-Pol an Kathode und Minus-Pol an Anode: Diode sperrt
A: 1 = Kathode; 2 = Anode
B: 1 = Basis; 2 = Kathode
C: 1 = Anode; 2 = Kathode
D: 1 = Emitter; 2 = Anode
LED
- Leuchtdiode, „light-emitting diode“
- Leuchtet, sobald Strom durch sie hindurchfließt
- Schaltbild: Diode mit zwei zusätzlichen Pfeilen nach außen
- Verhält sich wie Diode, aber leuchtet
A: Kondensator
B: Leuchtdiode
C: Batterie
D: Spule
Leistung
- Elektrische Geräte haben eine Leistungsaufnahme angegeben
- Beispiele: LED-Leuchtmittel $\qty{7}{\watt}$, Staubsauger $\qty{425}{\watt}$
- An jedem Widerstand wird elektrische Leistung umgesetzt
- Strom fließt durch einen Widerstand $\rightarrow$ Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie
- Je größer der Strom, desto mehr Wärme
A: Amperestunden (Ah)
B: Joule (J)
C: Watt (W)
D: Kilowattstunden (kWh)
A: 10 mW
B: 10 μW
C: 100 nW
D: 100 pW
A: 1000 nW
B: 1000 pW
C: 1000 mW
D: 1000 μW
Berechnung der Leistung
Abhängig von Strom und Spannung
$$ P = U \cdot I $$ $$ U = \dfrac{P}{I} $$ $$ I = \dfrac{P}{U} $$A: 20,7 W
B: 2,07 W
C: 9,2 W
D: 1,53 W
A: 2,5 W
B: 1 kW
C: 1 W
D: 250 mW
A: 0,16 mW
B: 20 mW
C: 6,25 mW
D: 64,0 mW
A: 250 mA.
B: 36 A.
C: 4 A.
D: 750 mA.
A: 0,12 A
B: 16,6 A
C: 1200 A
D: 8,33 A
A: 250 mA
B: 4 A
C: 2,5 A
D: 400 mA
Leistung II
Leistungsberechnung
Wir kennen bereits
$$P = U\cdot I = \dfrac{U^2}{R} = I^2\cdot R$$Nach U umgestellt:
$$U = \dfrac{P}{I} = \sqrt{P \cdot R}$$Nach I umgestellt:
$$I = \dfrac{P}{U} = \sqrt{\dfrac{P}{R}}$$A: $I = \dfrac{\sqrt{P}}{R}; U = \sqrt{P}\cdot R$
B: $I = \sqrt{\dfrac{R}{P}}; U = \sqrt{P\cdot R}$
C: $I = \sqrt{P\cdot R}; U = \sqrt{\dfrac{P}{R}}$
D: $I = \sqrt{\dfrac{P}{R}}; U = \sqrt{P\cdot R}$
A: $R = \dfrac{P}{U^2}; R = P\cdot I^2$
B: $R = \dfrac{U^2}{P}; R = P\cdot I^2$
C: $R = \dfrac{U^2}{P}; R = \dfrac{P}{I^2}$
D: $R = U^2\cdot I; R = \dfrac{P}{I^2}$
A: $U = \sqrt{\dfrac{P}{R}}$
B: $U = R\cdot P$
C: $U = \sqrt{P\cdot R}$
D: $U = \dfrac{P}{R}$
A: 200 W.
B: 400 W.
C: 100 W.
D: 50 W.
A: 25 W
B: 100 W
C: 250 W
D: 200 W
A: 0,01 W
B: 1,00 W
C: 10,0 W
D: 0,10 W
A: 0,7 kV
B: 0,01 kV
C: 775 V
D: 100 V
A: 0,07 kV
B: 1,00 kV
C: 100 V
D: 775 V
A: 2,28 A
B: 192 mA
C: 438 mA
D: 43,7 mA
Leistung bei Wechselspannung
- Bei Wechselspannungen muss mit dem Effektivwert gerechnet werden
A: Ja, wenn mit den Spitzenwerten gerechnet wird.
B: Nein, da die Blindleistung nicht berücksichtigt wird.
C: Nein, da die periodische Änderung von Strom und Spannung dann vernachlässigt wird.
D: Ja, wenn mit den Effektivwerten gerechnet wird.
A: 12,5 mA.
B: 40 A.
C: 8,8 mA.
D: 25 mA.
Dezibel I
Dezibel einfach erklärt
| Was | Leistung in $\unit{\milli\watt}$ |
|---|---|
| effektive Leistung EME-Station | 100 000 000 |
| Standard Transceiver | 100 000 |
| Kleine Handfunke | 1 000 |
| Lautsprechersignal (Zimmerlautstärke) | 100 |
| Kopfhörersignal | 1 |
| Lautes KW-Signal | 0,000 001 |
| Leises KW-Signal (Antenneneingang RX) | 0,000 000 000 001 |
Wer mit diesen Zahlen umgeht, fängt automatisch an, die Nullen zu zählen.
Wir zählen die Nullen (und nennen das Ergebnis „Bel“)
| Was | Leistung in $\unit{\milli\watt}$ | Bel |
|---|---|---|
| effektive Leistung EME-Station | 100 000 000 | 8 |
| Standard Transceiver | 100 000 | 5 |
| Kleine Handfunke | 1 000 | 3 |
| Lautsprechersignal (Zimmerlautstärke) | 100 | 2 |
| Kopfhörersignal | 1 | 0 |
| Lautes KW-Signal | 0,000 001 | -6 |
| Leises KW-Signal (Antenneneingang RX) | 0,000 000 000 001 | -12 |
$\unit{\dBm}$ = Dezibel bezogen auf $\unit{\milli\watt}$
| Was | Leistung in $\unit{\milli\watt}$ | Bel | $\unit{\dBm}$ |
|---|---|---|---|
| effektive Leistung EME-Station | 100 000 000 | 8 | 80 |
| Standard Transceiver | 100 000 | 5 | 50 |
| Kleine Handfunke | 1 000 | 3 | 30 |
| Lautsprechersignal (Zimmerlautstärke) | 100 | 2 | 20 |
| Kopfhörersignal | 1 | 0 | 0 |
| Lautes KW-Signal | 0,000 001 | -6 | -60 |
| Leises KW-Signal (Antenneneingang RX) | 0,000 000 000 001 | -12 | -120 |
Leistungsverstärkung
Empfänger
- Eingangssignal: $\qty{0,000000000001}{\milli\watt}$
- Ausgangssignal: $\qty{100}{\milli\watt}$
- Benötigte Verstärkung: $\num{100000000000000}$
Sender
- Frequenzerzeugende Stufe (Oszillator): $\qty{10}{\milli\watt}$
- Ausgangssignal: $\qty{100000}{\milli\watt}$
- Benötigte Verstärkung: $\num{10000}$
Leistungsverstärkung mit dB
Empfänger
- Eingangssignal: $\qty{0,000000000001}{\milli\watt} = \qty{-120}{\dBm}$
- Ausgangssignal: $\qty{100}{\milli\watt} = \qty{20}{\dBm}$
- Benötigte Verstärkung: $\num{100000000000000} = \qty{140}{\dB}$
Sender
- Frequenzerzeugende Stufe (Oszillator): $\qty{10}{\milli\watt} = \qty{10}{\dBm}$
- Ausgangssignal: $\qty{100000}{\milli\watt} = \qty{50}{\dBm}$
- Benötigte Verstärkung: $\num{10000} = \qty{40}{\dB}$
Wichtige Leistungsfaktoren
| $\unit{dB}$ | ≈ Leistungsfaktor |
|---|---|
| $0$ | $1$ |
| $1,5$ | $\sqrt{2} = 1,41$ |
| $2,15$ | $1,64$ |
| $3$ | $2$ |
| $5$ | $\sqrt{10} = 3,16$ |
| $6$ | $4$ |
| $10$ | $10$ |
| $20$ | $100$ |
Berechnung mit Taschenrechner
Ältere Modelle
- Faktor-Wert $\rightarrow$ log-Taste $\rightarrow\times 10 \rightarrow\unit{\dB}$
- $\unit{\dB}$-Wert $\rightarrow\div 10 \rightarrow$ $10^x$-Taste $\rightarrow$ Faktor
Neuere Modelle
- log-Taste $\rightarrow$ Faktor-Wert $\rightarrow$ )-Taste $\rightarrow\times 10 \rightarrow$ =-Taste $\rightarrow\unit{\dB}$
- $10^x$-Taste $\rightarrow$ $\unit{\dB}$-Wert $\rightarrow \div 10 \rightarrow$ =-Taste $\rightarrow$ Faktor
A: 3 dB
B: 6 dB
C: 1,5 dB
D: 12 dB
Schaltzeichen und Bauelemente
- Drei weitere grundlegende Bauteile
- Funktionsweise ist Stoff für Klasse E und A
- Für die Prüfung: Schaltzeichen erkennen
Kondensator
- Speichert eine kleine Menge Energie
- Besteht oft aus zwei parallelen Platten
A: Transistor
B: Batterie
C: Spule
D: Kondensator
Spule
- Speichert auch eine kleine Menge Energie
- Funktioniert technisch aber komplett anders als der Kondensator
- Besteht in den einfachen Fällen aus einem aufgewickelten Draht
A: Kondensator
B: Batterie
C: Diode
D: Spule
Transistor
- Elektrischer Schalter
- Oder Verstärker, je nach Beschaltung
- Hat drei Anschlüsse
A: Spule
B: Transistor
C: Kondensator
D: Diode