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Grundlagen elektrischer Schaltungen und des Elektromagnetismus

Ohmsches Gesetz, Kirchhoffsche Gesetze, Satz von Thévenin, Impedanz und Resonanz im Wechselstromkreis, Ausgleichsvorgänge in RC- und RL-Gliedern, elektromagnetische Induktion und weitere Grundlagen elektrischer Schaltungen und des Elektromagnetismus, auf denen die Elektronik aufbaut, erarbeitet mit Multiple-Choice-Fragen.

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Grundlagen elektrischer Schaltungen und des Elektromagnetismus: Kernpunkte

Grundlage der Schaltungsberechnung sind das Ohmsche Gesetz sowie die Kirchhoffsche Knoten- und Maschenregel. Mit Ersatzwiderständen von Reihen- und Parallelschaltungen, Spannungs- und Stromteilern, dem Satz von Thévenin und dem Überlagerungssatz lassen sich auch komplizierte Schaltungen auf einfache Ersatzschaltungen zurückführen und berechnen.

Bei Wechselstrom ändern sich die Blindwiderstände von Spulen und Kondensatoren mit der Frequenz, und zwischen Spannung und Strom entsteht eine Phasenverschiebung. Impedanz, Resonanz, Leistungsfaktor, die Zeitkonstante von Ausgleichsvorgängen und die dahinterstehenden Gesetze von elektrischem Feld, Magnetfeld und elektromagnetischer Induktion bilden die Grundlage aller Gebiete, die mit elektronischen Schaltungen zu tun haben, nicht nur der Halbleitertechnik.

Alle Fragen zu Grundlagen elektrischer Schaltungen und des Elektromagnetismus (50)
  1. Wie groß ist der Ersatzwiderstand, wenn drei Widerstände mit 100 Ω, 200 Ω und 300 Ω in Reihe geschaltet werden?
  2. Wie groß ist der Ersatzwiderstand, wenn ein Widerstand von 6 Ω und einer von 3 Ω parallel geschaltet werden?
  3. Welche Aussage gibt den Inhalt der Kirchhoffschen Maschenregel (zweites Kirchhoffsches Gesetz) richtig wieder?
  4. An einen Widerstand von 100 Ω wird eine Gleichspannung von 10 V angelegt. Welche Leistung wird im Widerstand umgesetzt?
  5. Welcher Wert liegt dem Scheitelwert (der Amplitude) einer sinusförmigen Wechselspannung mit dem Effektivwert 100 V am nächsten?
  6. Wie groß ist die Frequenz einer sinusförmigen Wechselspannung, deren Augenblickswert v = 10 sin(100πt) [V] ist? (t in Sekunden)
  7. An einen idealen Kondensator wird eine sinusförmige Wechselspannung angelegt. Welche Aussage über die Phasenlage zwischen dem fließenden Strom und der Spannung ist richtig?
  8. Welcher Ausdruck gibt in einem Wechselstromkreis mit der Wirkleistung P [W] und der Scheinleistung S [VA] den Leistungsfaktor an?
  9. Wie groß ist die Zeitkonstante eines RC-Glieds, bei dem ein Widerstand R = 1 kΩ und ein Kondensator C = 10 µF in Reihe geschaltet sind?
  10. An einen ungeladenen Kondensator wird über einen Widerstand R eine Gleichspannung E angelegt. Welche Aussage über den Zustand des Kondensators unmittelbar nach dem Anlegen ist richtig?
  11. Wie ändert sich der Betrag der elektrostatischen Kraft (Coulomb-Kraft) zwischen zwei Punktladungen im Vakuum, wenn man den Abstand verdoppelt, ohne die Ladungen zu ändern?
  12. Durch einen ausreichend langen geraden Leiter fließt ein Gleichstrom. Welche Aussage über Form und Richtung des Magnetfelds um den Leiter ist richtig?
  13. Bei einem Plattenkondensator wird die Fläche der Platten verdoppelt und ihr Abstand halbiert. Um welchen Faktor ändert sich die Kapazität? (Das Dielektrikum zwischen den Platten bleibt gleich.)
  14. An die Primärseite eines idealen Transformators mit 1000 Windungen auf der Primärwicklung und 100 Windungen auf der Sekundärwicklung wird eine Wechselspannung von 100 V (Effektivwert) angelegt. Wie groß ist die Sekundärspannung (Effektivwert)?
  15. Ändert sich der magnetische Fluss durch eine Spule, wird in der Spule eine Spannung induziert (elektromagnetische Induktion). Wodurch wird der Betrag dieser induzierten Spannung bestimmt?
  16. An eine Gleichspannungsquelle von 12 V werden, vom Pluspol aus gesehen, die Widerstände R1 = 2 kΩ und R2 = 1 kΩ in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet (das andere Ende von R2 liegt am Minuspol). Wie groß ist die Spannung an R2? (Dem Ausgang wird kein Strom entnommen.)
  17. Ein Widerstand von 10 Ω und einer von 20 Ω werden parallel geschaltet, und in die Schaltung fließt insgesamt ein Strom von 3 A. Wie groß ist der Strom durch den 20-Ω-Widerstand?
  18. An eine Gleichspannungsquelle von 10 V (Innenwiderstand 0) werden die Widerstände R1 = 6 kΩ und R2 = 4 kΩ in Reihe geschaltet; die Anschlüsse von R2 bilden die Ausgangsklemmen. Welche Thévenin-Ersatzschaltung (Ersatzspannung Vth und Ersatzwiderstand Rth), von den Ausgangsklemmen aus gesehen, ist richtig?
  19. Welche Norton-Ersatzschaltung (Stromquelle und Widerstand) ist einer Spannungsquelle mit der Quellenspannung 12 V und dem Innenwiderstand 4 Ω gleichwertig?
  20. An eine Gleichspannungsquelle mit der Quellenspannung 10 V und dem Innenwiderstand 50 Ω wird ein Lastwiderstand RL angeschlossen. Welche Leistung wird höchstens in der Last umgesetzt, wenn man RL verändert?
  21. Eine Spannungsquelle V1 mit der Quellenspannung 10 V ist über den Widerstand R1 = 10 Ω mit dem Knoten A verbunden, eine Spannungsquelle V2 mit der Quellenspannung 5 V über den Widerstand R2 = 10 Ω mit demselben Knoten A; zwischen Knoten A und Masse liegt der Widerstand R3 = 10 Ω. Die Minuspole beider Spannungsquellen liegen an Masse. Wie groß ist die Spannung am Knoten A?
  22. An eine Gleichspannungsquelle von 10 V werden zwei Zweige parallel geschaltet: R1 = 1 kΩ in Reihe mit R2 = 1 kΩ sowie R3 = 1 kΩ in Reihe mit R4 = 1,5 kΩ (R1 und R3 liegen am Pluspol). Wie groß ist der Betrag der Spannung zwischen dem Verbindungspunkt von R1 und R2 und dem Verbindungspunkt von R3 und R4? (Der Strom durch die Messung wird vernachlässigt.)
  23. Wie ändert sich bei einem Draht mit kreisförmigem Querschnitt aus gleichem Material und mit gleicher Länge der Widerstand, wenn man den Durchmesser verdoppelt? (Gleiche Temperatur.)
  24. Welcher Wert liegt dem Betrag des Blindwiderstands eines Kondensators mit der Kapazität 1 µF bei einer Frequenz von 1 kHz am nächsten?
  25. Wie groß ist der Betrag der Impedanz einer Schaltung, in der ein Widerstand R = 30 Ω und eine Spule mit dem Blindwiderstand XL = 40 Ω in Reihe geschaltet sind? (Der Wirkwiderstand der Spule wird vernachlässigt.)
  26. Welcher Wert liegt der Resonanzfrequenz eines Reihenschwingkreises mit L = 1 mH und C = 10 nF am nächsten?
  27. Ein Reihen-RLC-Kreis wird mit einer sinusförmigen Spannung bei seiner Resonanzfrequenz betrieben. Welche Aussage über sein Verhalten ist richtig?
  28. Eine sinusförmige Wechselspannung mit dem Effektivwert 100 V wird an einen Widerstand von 50 Ω angelegt. Wie groß ist die mittlere Leistung, die im Widerstand umgesetzt wird?
  29. Eine Wechselstromlast hat eine Wirkleistung von 800 W und eine Scheinleistung von 1000 VA. Wie groß ist ihre Blindleistung? (Spannung und Strom sind sinusförmig.)
  30. In einem symmetrischen Dreiphasensystem in Sternschaltung (Y-Schaltung) beträgt die Strangspannung (Spannung zwischen jeder Phase und dem Sternpunkt) 100 V (Effektivwert). Welcher Wert liegt der Leiterspannung (Effektivwert) am nächsten?
  31. Wie verbessert man im Allgemeinen den Leistungsfaktor eines Stromkreises mit einer induktiven Last wie einem Motor?
  32. Wie groß ist die Zeitkonstante eines RL-Glieds, bei dem eine Spule mit der Induktivität L = 10 mH und ein Widerstand R = 100 Ω in Reihe geschaltet sind?
  33. Ein Widerstand R = 5 Ω und eine Spule (Wicklungswiderstand vernachlässigbar) werden in Reihe an eine Gleichspannungsquelle mit der Quellenspannung 10 V angeschlossen, und der Schalter wird geschlossen. Welche Kombination aus dem Strom unmittelbar nach dem Schließen und dem Strom nach ausreichend langer Zeit ist richtig?
  34. Ein auf 10 V geladener Kondensator wird über einen Widerstand entladen. Welcher Wert liegt der Kondensatorspannung nach einer Zeit, die der Zeitkonstante τ entspricht, am nächsten?
  35. Welche Energie speichert ein Kondensator mit der Kapazität 10 µF, wenn er auf 10 V geladen ist?
  36. Durch eine Spule mit der Induktivität 2 mH fließt ein Gleichstrom von 3 A. Welche Energie ist in der Spule gespeichert?
  37. Ein gerader Leiter von 10 cm Länge liegt senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld mit der Flussdichte 0,5 T, und es fließt ein Strom von 2 A. Wie groß ist der Betrag der Kraft auf den Leiter?
  38. Zwischen zwei parallelen Plattenelektroden im Abstand von 1 mm wird eine Spannung von 100 V angelegt. Wie groß ist die elektrische Feldstärke zwischen den Elektroden? (Das Feld sei homogen.)
  39. In Luft fließt durch einen ausreichend langen geraden Leiter ein Strom von 10 A. Welcher Wert liegt der magnetischen Flussdichte in 10 cm Abstand vom Leiter am nächsten? (μ0 = 4π×10⁻⁷ H/m; die Permeabilität von Luft wird gleich μ0 gesetzt.)
  40. Der Nordpol eines Stabmagneten wird einer Spule genähert, deren Enden zu einem geschlossenen Stromkreis verbunden sind. Welche Aussage über die Richtung des in der Spule induzierten Stroms ist richtig?
  41. In einem Spannungsteiler aus zwei Widerständen von 10 kΩ in Reihe an einer Gleichspannungsquelle von 10 V wird parallel zum unteren Widerstand (auf der Masseseite) ein Lastwiderstand von 10 kΩ angeschlossen. Welcher Wert liegt der Ausgangsspannung (Spannung am unteren Widerstand) am nächsten?
  42. Bei einer symmetrischen Dreiphasenlast betragen die Leiterspannung 200 V, der Leiterstrom 10 A und der Leistungsfaktor 0,8. Welcher Wert liegt der Wirkleistung der Last (Summe aller drei Phasen) am nächsten?
  43. Welcher Wert liegt der Bandbreite (Differenz der beiden Frequenzen, bei denen der Strom auf das 1/√2-Fache des Werts bei Resonanz sinkt) eines Reihen-RLC-Schwingkreises mit R = 10 Ω, L = 1 mH und C = 10 nF am nächsten?
  44. An einen ungeladenen Kondensator C = 10 µF wird über einen Widerstand R = 10 kΩ eine Gleichspannung angelegt. Welcher Wert liegt der Zeit am nächsten, bis die Kondensatorspannung 50 % ihres Endwerts erreicht?
  45. Ein ungeladener Kondensator C wird über einen Widerstand R mit der Gleichspannung E vollständig geladen. Welche Aussage über die dabei im Widerstand umgesetzte Energie ist richtig?
  46. Eine Spule und ein Widerstand von 10 Ω sind in Reihe an eine Gleichspannungsquelle mit der Quellenspannung 10 V angeschlossen, und parallel zur Spule liegt ein Widerstand von 100 Ω. Nach ausreichend langer Zeit werden die Quelle und der 10-Ω-Widerstand mit einem Schalter abgetrennt. Wie groß ist der Betrag der Spannung am 100-Ω-Widerstand unmittelbar nach dem Abtrennen? (Der Wicklungswiderstand der Spule wird vernachlässigt.)
  47. Ein geladener Plattenkondensator wird von der Quelle getrennt, und der Raum zwischen den Platten (Luft, relative Permittivität als 1 angenommen) wird lückenlos mit einem Dielektrikum der relativen Permittivität εr gefüllt. Welche Aussage über die Änderung der Spannung zwischen den Platten und der gespeicherten Energie ist richtig?
  48. Zwei Spulen mit den Selbstinduktivitäten L1 = 4 mH und L2 = 9 mH sind mit dem Kopplungsfaktor k = 0,5 magnetisch gekoppelt. Wie groß ist die Gegeninduktivität M?
  49. An die Sekundärseite eines idealen Transformators mit dem Windungszahlverhältnis N1:N2 = 10:1 wird eine ohmsche Last von 8 Ω angeschlossen. Welche Impedanz sieht man von der Primärseite aus?
  50. Durch eine Zylinderspule (als ausreichend lang angenommen) mit 0,5 m Länge, 1 cm Radius und 500 Windungen fließt ein Strom von 2 A. Welcher Wert liegt der magnetischen Flussdichte nahe der Mitte im Inneren am nächsten? (Im Vakuum, μ0 = 4π×10⁻⁷ H/m)

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