Aufgaben 1 bis 10
Aufgabe 1
Richtige Antwort: A) Ohm
Erklärung:
Der elektrische Widerstand gibt an, wie stark ein Bauteil den elektrischen Stromfluss hemmt.
Die Einheit des elektrischen Widerstands ist Ohm mit dem Einheitenzeichen:
Ω
Volt ist die Einheit der Spannung, Ampere die Einheit der Stromstärke und Watt die Einheit der Leistung.
Damit ist A) Ohm richtig.
Merke: Elektrischer Widerstand wird in Ohm (Ω) angegeben.
Aufgabe 2
Richtige Antwort: D) Volt
Erklärung:
Die elektrische Spannung beschreibt die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten eines elektrischen Systems.
Ihre Einheit ist Volt mit dem Einheitenzeichen:
V
Watt steht für die elektrische Leistung, Ohm für den Widerstand und Ampere für die Stromstärke.
Damit ist D) Volt richtig.
Merke: Elektrische Spannung wird in Volt (V) angegeben.
Aufgabe 3
Richtige Antwort: B) Elektromotor
Erklärung:
Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um.
Wird der Motor mit elektrischem Strom versorgt, entsteht durch elektromagnetische Kräfte eine Drehbewegung an seiner Welle.
Diese mechanische Bewegung kann anschließend beispielsweise Maschinen, Pumpen oder Fahrzeuge antreiben.
Damit ist B) Elektromotor richtig.
Merke: Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie in mechanische Bewegung um.
Aufgabe 4
Richtige Antwort: C) Er fließt dauerhaft in derselben Richtung
Erklärung:
Bei Gleichstrom bleibt die Richtung des elektrischen Stromflusses gleich.
Das unterscheidet Gleichstrom vom Wechselstrom. Bei Wechselstrom ändert sich die Stromrichtung regelmäßig.
Gleichstrom ist außerdem nicht grundsätzlich auf eine bestimmte Spannung wie 230 Volt festgelegt.
Damit ist C) Er fließt dauerhaft in derselben Richtung richtig.
Merke: Bei Gleichstrom bleibt die Stromrichtung gleich, bei Wechselstrom ändert sie sich regelmäßig.
Aufgabe 5
Richtige Antwort: A) Watt (W)
Erklärung:
Die elektrische Leistung gibt an, wie viel elektrische Energie pro Zeit umgesetzt wird.
Ihre Einheit ist:
Watt (W)
Für einen Gleichstromkreis kann die elektrische Leistung beispielsweise mit folgender Formel berechnet werden:
P = U · I
Dabei steht P für die Leistung, U für die Spannung und I für die Stromstärke.
Damit ist A) Watt (W) richtig.
Merke: Elektrische Leistung wird in Watt (W) angegeben.
Aufgabe 6
Richtige Antwort: B) Druck
Erklärung:
Ein Manometer ist ein Messgerät zur Bestimmung des Drucks.
Es wird beispielsweise in Druckluftanlagen, Heizungsanlagen, hydraulischen Systemen oder an Druckbehältern eingesetzt.
Temperatur wird dagegen mit einem Thermometer gemessen.
Damit ist B) Druck richtig.
Merke: Mit einem Manometer misst man den Druck eines Gases oder einer Flüssigkeit.
Aufgabe 7
Richtige Antwort: B) Schalter 1
Erklärung:
Damit Lampe A leuchtet, muss ein geschlossener Stromweg durch die Lampe entstehen.
Lampe A befindet sich im rechten oberen Zweig der Schaltung. Schalter 1 liegt unmittelbar im zugehörigen oberen Strompfad.
Wird Schalter 1 geschlossen, wird dieser Stromweg vervollständigt und Strom kann durch Lampe A fließen.
Die übrigen genannten Schalter schließen andere Zweige der Schaltung und stellen allein keinen entsprechenden Stromweg durch Lampe A her.
Damit ist B) Schalter 1 richtig.
Merke: Bei Schaltbildern solltest du den Stromweg vom einen Pol der Spannungsquelle über den Verbraucher bis zum anderen Pol vollständig verfolgen.
Aufgabe 8
Richtige Antwort: D) Um die Netzwechselspannung in eine für das Gerät geeignete Gleichspannung umzuwandeln
Erklärung:
Das öffentliche Stromnetz liefert Wechselspannung.
Viele elektronische Geräte arbeiten intern jedoch mit einer deutlich niedrigeren Gleichspannung.
Ein Netzteil übernimmt deshalb unter anderem die Aufgabe, die Netzspannung auf einen geeigneten Wert anzupassen und die Wechselspannung in die benötigte Gleichspannung umzuwandeln.
Damit ist D) Um die Netzwechselspannung in eine für das Gerät geeignete Gleichspannung umzuwandeln richtig.
Merke: Netzteile passen die elektrische Versorgung an die Anforderungen des angeschlossenen Geräts an.
Aufgabe 9
Richtige Antwort: B) P = U × I
Erklärung:
Die elektrische Leistung im Gleichstromkreis ergibt sich aus Spannung und Stromstärke.
Es gilt:
P = U · I
Dabei steht:
P für die Leistung in Watt
U für die Spannung in Volt
I für die Stromstärke in Ampere
Damit ist B) P = U × I richtig.
Merke: Elektrische Leistung berechnest du mit Spannung mal Stromstärke: P = U · I.
Aufgabe 10
Richtige Antwort: C) 396 mA
Erklärung:
Gegeben sind:
P = 9,5 W
U = 24 V
Für die elektrische Leistung gilt:
P = U · I
Gesucht ist die Stromstärke I. Deshalb wird die Formel umgestellt:
I = P : U
Einsetzen:
I = 9,5 W : 24 V
I ≈ 0,3958 A
Nun wird Ampere in Milliampere umgerechnet:
0,3958 A · 1.000 ≈ 395,8 mA
Gerundet ergibt sich:
396 mA
Damit ist C) 396 mA richtig.
Merke: 1 Ampere entspricht 1.000 Milliampere. Rechne deshalb bei Bedarf erst nach der Berechnung in mA um.
Aufgaben 11 bis 20
Aufgabe 11
Richtige Antwort: A) 650 Ω
Erklärung:
Gegeben sind:
U = 220 V
I = 340 mA = 0,34 A
Nach dem Ohmschen Gesetz gilt:
U = R · I
Gesucht ist der Widerstand R:
R = U : I
Einsetzen:
R = 220 V : 0,34 A
R ≈ 647 Ω
Näherungsweise ergibt sich:
650 Ω
Damit ist A) 650 Ω richtig.
Merke: Für den elektrischen Widerstand gilt: R = U : I. Milliampere musst du vor der Rechnung in Ampere umwandeln.
Aufgabe 12
Richtige Antwort: C) Schalter 3, 4 und 5
Erklärung:
Damit Lampe B leuchtet, muss durch ihren Zweig ein vollständig geschlossener Stromweg entstehen.
Dazu müssen die Schalter 3, 4 und 5 geschlossen werden.
Schalter 3 bindet den oberen Teil des betreffenden Strompfades ein.
Schalter 4 stellt die notwendige Verbindung im mittleren Bereich her.
Schalter 5 schließt den unteren Rückweg über Lampe B.
Erst mit diesen drei geschlossenen Schaltern besteht ein durchgehender Stromweg durch Lampe B.
Damit ist C) Schalter 3, 4 und 5 richtig.
Merke: Eine Lampe leuchtet nur, wenn vom einen Pol der Spannungsquelle über die Lampe bis zum anderen Pol ein vollständig geschlossener Stromweg vorhanden ist.
Aufgabe 13
Richtige Antwort: B) Schalter 1, 5 und 6
Erklärung:
Gesucht ist eine Schalterstellung, bei der die Lampen A, C und E gleichzeitig leuchten.
Dazu müssen die jeweiligen Strompfade dieser drei Lampen geschlossen werden.
Schalter 1 schließt den Zweig mit Lampe A.
Schalter 5 stellt den notwendigen unteren Stromweg für Lampe C her.
Schalter 6 vervollständigt den rechten unteren Zweig mit Lampe E.
Mit den Schaltern 1, 5 und 6 bestehen die erforderlichen geschlossenen Stromwege für alle drei genannten Lampen.
Damit ist B) Schalter 1, 5 und 6 richtig.
Merke: Bei mehreren Lampen solltest du für jede Lampe zunächst ihren eigenen Stromweg verfolgen und anschließend prüfen, welche Schalter gemeinsam benötigt werden.
Aufgabe 14
Richtige Antwort: D) 30 %
Erklärung:
Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie als nutzbare Energie abgegeben wird.
Es gilt:
η = Nutzenergie : zugeführte Energie
Gegeben sind:
Nutzarbeit = 360 J
zugeführte Wärmeenergie = 1.200 J
Also:
η = 360 : 1.200
η = 0,30
In Prozent:
0,30 · 100 = 30 %
Damit ist D) 30 % Wirkungsgrad richtig.
Merke: Wirkungsgrad = nutzbare Energie : zugeführte Energie · 100 %.
Aufgabe 15
Richtige Antwort: A) Schalter 1, 3, 4, 5 und 6
Erklärung:
Damit alle Lampen gleichzeitig leuchten, müssen sämtliche benötigten Strompfade geschlossen sein.
Schalter 1 schließt den oberen rechten Zweig mit Lampe A.
Schalter 3 bindet den Zweig mit Lampe B in den Stromkreis ein.
Schalter 4 stellt die notwendige Verbindung im mittleren Bereich her.
Schalter 5 schließt den unteren linken Stromweg mit den dort liegenden Lampen.
Schalter 6 vervollständigt den rechten unteren Strompfad.
Mit den Schaltern 1, 3, 4, 5 und 6 sind alle Lampenzweige in geschlossene Stromkreise eingebunden.
Damit ist A) Schalter 1, 3, 4, 5 und 6 richtig.
Merke: Bei einer komplexen Schaltung ist es hilfreich, jede Lampe einzeln zu prüfen und die dafür erforderlichen Schalter anschließend zusammenzuführen.
Aufgabe 16
Richtige Antwort: B) Die Lampen A, B, D und F
Erklärung:
Geschlossen sind die Schalter:
2, 4, 6 und 8
Nun werden die einzelnen Lampenzweige geprüft.
Über Schalter 2 ist der obere rechte Strompfad geschlossen. Dadurch kann Strom durch Lampe A fließen.
Schalter 4 schließt den entsprechenden mittleren Zweig, sodass auch Lampe B in einem geschlossenen Stromweg liegt.
Über Schalter 6 entsteht ein geschlossener Stromweg durch Lampe D.
Schalter 8 schließt den rechten äußeren Zweig mit Lampe F.
Die Zweige mit C und E bleiben dagegen unterbrochen, weil die dafür erforderlichen Schalter 5 beziehungsweise 7 geöffnet sind.
Damit leuchten:
A, B, D und F
Damit ist B) Die Lampen A, B, D und F richtig.
Merke: Prüfe bei Parallelschaltungen jeden Zweig einzeln. Ein geöffneter Schalter unterbricht nur den Strompfad, in dem er liegt.
Aufgabe 17
Richtige Antwort: D) Die Lampen B, D und F
Erklärung:
Geschlossen sind die Schalter:
2, 5, 6 und 7
Nun werden die einzelnen Strompfade betrachtet.
Lampe B liegt in einem geschlossenen Zweig und leuchtet.
Auch der Zweig mit Lampe D ist durch die entsprechende Verbindung geschlossen.
Über Schalter 7 wird außerdem der rechte Zweig mit Lampe F vervollständigt.
Die übrigen Lampen besitzen dagegen keinen vollständig geschlossenen Stromweg.
Damit leuchten:
B, D und F
Damit ist D) Die Lampen B, D und F richtig.
Merke: Eine Lampe kann nur leuchten, wenn ihr gesamter Strompfad geschlossen ist. Ein einzelner geschlossener Schalter reicht nicht aus, wenn an anderer Stelle im gleichen Zweig noch eine Unterbrechung besteht.
Aufgabe 18
Richtige Antwort: B) 240 W
Erklärung:
Gegeben sind:
U = 120 V
R = 60 Ω
Zunächst kann die Stromstärke berechnet werden:
I = U : R
I = 120 V : 60 Ω
I = 2 A
Für die elektrische Leistung gilt:
P = U · I
Also:
P = 120 V · 2 A
P = 240 W
Alternativ kann direkt gerechnet werden:
P = U² : R
P = 120² : 60
P = 240 W
Damit ist B) 240 W richtig.
Merke: Bei bekanntem Widerstand und bekannter Spannung kannst du die Leistung auch direkt mit P = U² : R berechnen.
Aufgabe 19
Richtige Antwort: C) Rv = 1.200 Ω
Erklärung:
Die Spannungsquelle liefert:
27 V
Die LED benötigt eine Durchlassspannung von:
3 V
Am Vorwiderstand müssen daher abfallen:
27 V − 3 V = 24 V
Der gewünschte Strom beträgt:
20 mA = 0,02 A
Nach dem Ohmschen Gesetz gilt:
R = U : I
Also:
R = 24 V : 0,02 A
R = 1.200 Ω
Damit ist C) Rv = 1.200 Ω richtig.
Merke: Beim LED-Vorwiderstand musst du zuerst die LED-Durchlassspannung von der Versorgungsspannung abziehen.
Aufgabe 20
Richtige Antwort: A) Am Innenwiderstand wird der Spannungsfall größer
Erklärung:
Eine reale Spannungsquelle besitzt einen Innenwiderstand.
Wird die Quelle stärker belastet, steigt die entnommene Stromstärke.
Am Innenwiderstand entsteht dadurch ein größerer Spannungsabfall:
Uᵢ = Rᵢ · I
Je größer die Stromstärke I wird, desto größer wird also der Spannungsabfall am Innenwiderstand.
Dadurch bleibt an den Klemmen der Spannungsquelle eine geringere Spannung für den angeschlossenen Verbraucher übrig.
Damit ist A) Am Innenwiderstand wird der Spannungsfall größer richtig.
Merke: Bei einer realen Spannungsquelle sinkt die Klemmenspannung unter Belastung, weil am Innenwiderstand ein Teil der Quellenspannung abfällt.