Strom und Spannung
Der Stromkreis
Der Stromkreis in physikalischer Richtung
Ladungsträger e = 1,602 · 10-19As
Zwei Bewegungsrichtungen
- die Annahme, dass elektrischer Strom von + nach - fließt. (technische)
- die Bewegungsrichtung der Elektronen vom Ladungsüberschuss (-) zum Ladungsmangel (+) (physikalische)
Beispiel
In einem Stromkreis fließt 6s lang ein Strom von 350mA. Wie groß ist die Anzahl der Elektronen, die einen Leiterabschnitt durchströmen?
Gegeben: |
Gesucht: |
I = 350mA |
n |
e = 1,602 · 10-19As |
|
t = 6s |
|
I |
= n · e/t |
= Q/t |
n |
= I · t/e |
= 350 ·10-3A · 6s/1,602 ·10-19 |
= 2,18 · 1018 · 6 |
= 13,08 · 1018 |
Aufgabe
Ein Fahrzeug wird mit einem Akku versehen, der eine Spannung (U) von 12 Volt zur Verfügung stellt und maximal 56Ah aufnehmen kann. Im Normalfall ist der Akku zu 77% geladen. Um das Fahrzeug sicher starten zu können, benötigt man mindestens 33% der Gesamtladung (Q). Das Fahrzeug wird versehentlich mit eingeschalteter Lampe abgestellt. Dabei sind folgende Lampen eingeschaltet:
- Abblendlicht (2x21W)
- Schlusslicht (2x10W)
- Kennzeichenbeleuchtung (2x5W)
- Amaturbeleuchtung (2x3W)
Die Lichtmaschine hat eine Leistung (P) von maximal 210W
- Wann muss man spätestens wieder beim Fahrzeug sein, um es starten zu können?
- Wie lange muss der Motor laufen, damit die Lichtmaschine den alten Ladezustand wiederherrgestellt hat?
Aufgabe a:
Gegeben: |
|
Q100% = 56Ah |
(Gesamtladung des Akkus) |
U = 12V |
(Spannung des Akkus) |
Pges = 78W |
|
Gesucht: |
|
Q77% |
(Ladung des Akkus, die vorhanden ist) |
Q33% |
(Ladung des Akkus, die zum Starten benötigt wird) |
ΔQ |
(Ladung des Akkus, die maximal verbraucht werden darf) |
t |
(Zeit die vergeht, bis die Ladung des Akkus von 77% auf 33% abgenommen hat) |
Pges |
= 2 · 21W |
+ 2 · 10W |
+ 2 · 5W |
+ 2 · 3W |
= 78W |
I |
= Pges/U |
= 78W/12V |
= 6,5A |
Q100% |
= 56Ah |
Q77% |
= 43,12Ah |
Q33% |
= 18,48Ah |
ΔQ |
= Q77% - Q33% |
= 43,12Ah - 18,48Ah |
= 24,64Ah |
t |
= ΔQ/I |
= 24,64Ah/6,5A |
= 3h 47m 45s |
Aufgabe b:
Gegeben: |
|
PL = 210W |
(Leistung der Lichtmaschine) |
U = 12V |
(Spannung des Akkus) |
ΔQ = 24,64Ah |
(verbleibende Ladung des Akkus, die nun wieder hergestellt werden muss) |
Gesucht: |
|
IL |
|
tL |
(Zeit, die die Lichtmaschine braucht, um den Akku wieder auf seinen alten Stand zu bringen) |
IL |
= PL/U |
= 210W/12V |
= 17,5A |
tL |
= ΔQ/IL |
= 24,64Ah/17,5A |
= 1,408h |
24.09.2005