refactor: use \qty and \unit in sections of chapter 6 "Strom, Spannung, Widerstand, Leistung, Energie"

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Mario Haustein
2026-02-19 00:56:58 +01:00
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+20 -20
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@@ -21,46 +21,46 @@ Ein technisch-wissenschaftlicher Taschenrechner bietet neben dem dekadischen Log
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| c:dB | c:≈ Leistungsfaktor | | c:dB | c:≈ Leistungsfaktor |
| 0 | 1 | | $0$ | $1$ |
| 1,5 | $\sqrt{2} = 1,41$ | | $1,5$ | $\sqrt{2} = 1,41$ |
| 2,15 | 1,64 | | $2,15$ | $1,64$ |
| 3 | 2 | | $3$ | $2$ |
| 5 | $\sqrt{10} = 3,16$ | | $5$ | $\sqrt{10} = 3,16$ |
| 6 | 4 | | $6$ | $4$ |
| 10 | 10 | | $10$ | $10$ |
| 20 | 100 | | $20$ | $100$ |
[table:e_dezibel_leistungsfaktoren:Wichtige Leistungsfaktoren in dB] [table:e_dezibel_leistungsfaktoren:Wichtige Leistungsfaktoren in $\unit{\dB}$]
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Vom dekadischen Logarithmus ist das *Bel* ($\unit{\bel}$) abgeleitet. Der Name ehrt den amerikanischen Gehörlosenlehrer und Telefonpionier, *Alexander Graham Bell*. Im obigen Beispiel hätten wir auch schreiben können: Vom dekadischen Logarithmus ist das *Bel* ($\unit{\bel}$) abgeleitet. Der Name ehrt den amerikanischen Gehörlosenlehrer und Telefonpionier, *Alexander Graham Bell*. Im obigen Beispiel hätten wir auch schreiben können:
$\log_{10}(b)=\qty{a}{\bel}$ $\log_{10}(b)=\qty{a}{\bel}$
In der Regel wird statt des Bels das *Dezibel* (Einheitenzeichen dB) verwendet, also der zehnte Teil eines Bels: In der Regel wird statt des Bels das *Dezibel* (Einheitenzeichen $\unit{\dB}$) verwendet, also der zehnte Teil eines Bels:
$10 \cdot \lg(b) = a\ \unit{\dB}$ $10 \cdot \lg(b) = \qty{a}{\dB}$
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Die Formelsammlung gibt für das Umrechnen eines Leistungsverhältnisses folgende Formel an: Die Formelsammlung gibt für das Umrechnen eines Leistungsverhältnisses folgende Formel an:
$g = 10\cdot \log_{10}\left(\frac{P_2}{P_1}\right)\unit{dB}$ $g = 10\cdot \log_{10}\left(\frac{P_2}{P_1}\right)\unit{\dB}$
Wobei $P_1$ der Eingangsleistung entspricht und $P_2$ der Ausgangsleistung. Nehmen wir nun an, wir haben einen Verstärker der die Eingangsleistung $P_1=\qty{50}{\watt}$ auf $P_2=\qty{100}{\watt}$ verstärkt, also verdoppelt. So ergibt sich nach unserer Formel folgender Verstärkungsfaktor in $\unit{\dB}$: Wobei $P_1$ der Eingangsleistung entspricht und $P_2$ der Ausgangsleistung. Nehmen wir nun an, wir haben einen Verstärker der die Eingangsleistung $P_1=\qty{50}{\watt}$ auf $P_2=\qty{100}{\watt}$ verstärkt, also verdoppelt. So ergibt sich nach unserer Formel folgender Verstärkungsfaktor in $\unit{\dB}$:
$g = 10\cdot \log_{10}\left(\frac{\qty{100}{\watt}}{\qty{50}{\watt}}\right)\unit{dB} = 10\cdot \log_{10}\left(2\right)\unit{dB} = 10\cdot 0.301 \unit{dB} \approx 3 \unit{dB} $ $g = 10\cdot \log_{10}\left(\frac{\qty{100}{\watt}}{\qty{50}{\watt}}\right)\unit{\dB} = 10\cdot \log_{10}\left(2\right)\unit{\dB} = 10\cdot 0.301 \unit{\dB} \approx 3 \unit{\dB} $
Für die Klasse E ist es zunächst ausreichend, den Dezibelwert für den Leistungsfaktor 2 zu kennen. Die Formelsammlung enthält dazu eine Tabelle, die auch in Tabelle [ref:e_dezibel_leistungsfaktoren] dargestellt ist. Daraus lässt sich ablesen, dass ein Leistungsfaktor von 2 einem Dezibelwert von $\qty{3}{dB}$ entspricht. Das ausführliche Rechnen mit Dezibelwerten wird erst in der Klasse A behandelt. Für die Klasse E ist es zunächst ausreichend, den Dezibelwert für den Leistungsfaktor 2 zu kennen. Die Formelsammlung enthält dazu eine Tabelle, die auch in Tabelle [ref:e_dezibel_leistungsfaktoren] dargestellt ist. Daraus lässt sich ablesen, dass ein Leistungsfaktor von 2 einem Dezibelwert von $\qty{3}{\dB}$ entspricht. Das ausführliche Rechnen mit Dezibelwerten wird erst in der Klasse A behandelt.
%TODO: ^--- Prüfen ob Formeln in der Klasse E gebraucht werden! (DL9MJ) %TODO: ^--- Prüfen ob Formeln in der Klasse E gebraucht werden! (DL9MJ)
<tip> <tip>
Ganz ohne Taschenrechner lassen sich Dezibelwerte abschätzen, die auf "0" enden .. einfach die letzte Null zuhalten, die Ziffer gibt dann die Anzahl der Nullen des Verhältnisfaktors an. Beispiel: 30 dB $\rightarrow$ 3 $\rightarrow$ 3 Nullen $\rightarrow$ Verhältnisfaktor 1000! Ganz ohne Taschenrechner lassen sich Dezibelwerte abschätzen, die auf "0" enden .. einfach die letzte Null zuhalten, die Ziffer gibt dann die Anzahl der Nullen des Verhältnisfaktors an. Beispiel: $\qty{30}{\dB} \rightarrow 3 \rightarrow \text{3 Nullen} \rightarrow \text{Verhältnisfaktor 1000}$!
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[question:EA107] [question:EA107]
Neben der Einheit dB begegnet man in der Praxis häufig auch Angaben wie $\unit{\dBi}$, $\unit{\dBm}$, $\unit{\dBW}$ oder $\unit{\dBu}$. Diese Zusätze geben an, auf welche Bezugsgröße sich der jeweilige Dezibelwert bezieht. Neben der Einheit $\unit{dB}$ begegnet man in der Praxis häufig auch Angaben wie $\unit{\dBi}$, $\unit{\dBm}$, $\unit{\dBW}$ oder $\unit{\dBu}$. Diese Zusätze geben an, auf welche Bezugsgröße sich der jeweilige Dezibelwert bezieht.
Das Bel ($\unit{\bel}$) beziehungsweise das Dezibel ($\unit{\dB}$) beschreibt grundsätzlich ein dimensionsloses Verhältnis, etwa von Leistungen oder Spannungen. Deshalb wird $\unit{\dB}$ vor allem zur Angabe von Verstärkungen und Dämpfungen verwendet. In diesen Fällen ist kein weiterer Zusatz notwendig, da lediglich das Verhältnis zweier Größen angegeben wird. Das Bel ($\unit{\bel}$) beziehungsweise das Dezibel ($\unit{\dB}$) beschreibt grundsätzlich ein dimensionsloses Verhältnis, etwa von Leistungen oder Spannungen. Deshalb wird $\unit{\dB}$ vor allem zur Angabe von Verstärkungen und Dämpfungen verwendet. In diesen Fällen ist kein weiterer Zusatz notwendig, da lediglich das Verhältnis zweier Größen angegeben wird.
@@ -88,9 +88,9 @@ Abbildung [ref:e_signalkette_2] zeigt ein weiteres Beispiel einer Signalkette, b
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<indepth> <indepth>
Wieso ist es zulässig vom Pegel 9 dBm eine Dämpfung von 3 dB abzuziehen? Beide Werte haben doch unterschiedliche Maßeinheiten! Wieso ist es zulässig vom Pegel $\qty{9}{\dBm}$ eine Dämpfung von $\qty{3}{\dB}$ abzuziehen? Beide Werte haben doch unterschiedliche Maßeinheiten!
Bei der Einheit Bel (B) bzw. Dezibel (dB) handelt es sich um eine Hilfsmaßeinheit (auch Pseudoeinheit). Bei der Einheit Bel ($\unit{\bel}$) bzw. Dezibel ($\unit{\dB}$) handelt es sich um eine Hilfsmaßeinheit (auch Pseudoeinheit).
Im Prinzip könnte der Zahlenwert auch ohne die Einheit dB geschrieben werden, aber mit dem Zusatz dB wird deutlich, dass es um ein logarithmisches Verhältnis von zwei Größen geht. Ohne diese Einheit müsste man verbal beschreiben welche Bedeutung der Zahlenwert hat. Im Prinzip könnte der Zahlenwert auch ohne die Einheit $\unit{\dB}$ geschrieben werden, aber mit dem Zusatz $\unit{\dB}$ wird deutlich, dass es um ein logarithmisches Verhältnis von zwei Größen geht. Ohne diese Einheit müsste man verbal beschreiben welche Bedeutung der Zahlenwert hat.
</indepth> </indepth>
Zusätzlich gibt es die Zusätze $\unit{\dBd}$ und $\unit{\dBi}$, die bei der Angabe von Antennengewinnen verwendet werden. In diesem Fall bezieht sich der Dezibelwert nicht auf eine Leistung oder Spannung, sondern auf einen bestimmten Referenzstrahler. Üblich sind dabei $\unit{\dBi}$, bezogen auf den isotropen Kugelstrahler, sowie $\unit{\dBd}$, bezogen auf den Halbwellendipol. Dieses Wissen werden wir benötigen, wenn wir uns später mit Antennen beschäftigen. Zusätzlich gibt es die Zusätze $\unit{\dBd}$ und $\unit{\dBi}$, die bei der Angabe von Antennengewinnen verwendet werden. In diesem Fall bezieht sich der Dezibelwert nicht auf eine Leistung oder Spannung, sondern auf einen bestimmten Referenzstrahler. Üblich sind dabei $\unit{\dBi}$, bezogen auf den isotropen Kugelstrahler, sowie $\unit{\dBd}$, bezogen auf den Halbwellendipol. Dieses Wissen werden wir benötigen, wenn wir uns später mit Antennen beschäftigen.
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@@ -4,48 +4,47 @@
Wenn wir nun den zu einem Dezibel-Wert gehörenden Verhältniswert finden wollen, rechnen wir: Wenn wir nun den zu einem Dezibel-Wert gehörenden Verhältniswert finden wollen, rechnen wir:
$b = 10^{\frac{a/\text{dB}}{10}}$ $b = 10^{\frac{a/\unit{\dB}}{10}}$
Nun zurück zu unserem Verstärkungsfaktor des Kurzwellenempfängers. Der dekadische Logarithmus einer Eins mit 12 Nullen ist einfach die Anzahl der Nullen, also 12, multipliziert mit 10, ergibt den Verstärkungsfaktor von *120 dB*. Nun zurück zu unserem Verstärkungsfaktor des Kurzwellenempfängers. Der dekadische Logarithmus einer Eins mit 12 Nullen ist einfach die Anzahl der Nullen, also 12, multipliziert mit 10, ergibt den Verstärkungsfaktor von $\qty{120}{\dB}$.
In der Frage wird noch der Begriff _Leistungspegel_ verwendet. Das ist das logarithmisch ausgedrückte Verhältnis einer Leistung zu einer Referenzleistung. In der Frage wird noch der Begriff _Leistungspegel_ verwendet. Das ist das logarithmisch ausgedrückte Verhältnis einer Leistung zu einer Referenzleistung.
So ist die Leistung *b* bezogen auf 1 Watt: So ist die Leistung *b* bezogen auf $\qty{1}{\watt}$:
$a = \left(10\cdot\lg{\frac{b}{1\ \text{W}}}\right)\ \text{dBW}$ $a = \qty{\left(10\cdot\lg{\frac{b}{\qty{1}{\watt}}}\right)}{\dBW}$
bzw. bezogen auf ein Milliwatt: bzw. bezogen auf ein Milliwatt:
$a = \left(10\cdot\lg{\frac{b}{1\ \text{mW}}}\right)\ \text{dBm}$ $a = \qty{\left(10\cdot\lg{\frac{b}{\qty{1}{\milli\watt}}}\right)}{\dBm}$
Nun zur Lösung der Frage. Die Leistung wird verdoppelt - um wieviel dB ändert sich der Leistungspegel? Hier ist also das Leistungsverhältnis $b=2$. Nun zur Lösung der Frage. Die Leistung wird verdoppelt - um wieviel $\unit{\dB}$ ändert sich der Leistungspegel? Hier ist also das Leistungsverhältnis $b=2$.
$10 \cdot \lg{2} = 3,01\ \text{dB} \approx 3\ \text{dB}$ $10 \cdot \lg{2} = \qty{3,01}{\dB} \approx \qty{3}{\dB}$
Negative Dezibelwerte kennzeichnen übrigens Verhältniswerte kleiner als 1. So entspricht -3 dB einem Verhältniswert von 0,5 (1/2). Negative Dezibelwerte kennzeichnen übrigens Verhältniswerte kleiner als 1. So entspricht $\qty{-3}{\dB}$ einem Verhältniswert von $\num{0,5}$ ($\frac{1}{2}$).
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% Dezibel II, DF2DR, 2024-08-17 % Dezibel II, DF2DR, 2024-08-17
Den Begriff der Logarithmus und das Dezibel (dB) als Form der logarithmischen Angabe von Leistungsverhältnissen hatten wir bereits eingeführt. Den Begriff der Logarithmus und das Dezibel ($\unit{\dB}$) als Form der logarithmischen Angabe von Leistungsverhältnissen hatten wir bereits eingeführt.
%TODO: Wie kann der Erklärungstext aus "Dezibel I" hier verlinkt werden? %TODO: Wie kann der Erklärungstext aus "Dezibel I" hier verlinkt werden?
Kurz zur Wiederholung: das Verhältnis *a* zweier Leistungen $P_1$ und $P_2$ in dB ist: Kurz zur Wiederholung: das Verhältnis *a* zweier Leistungen $P_1$ und $P_2$ in $\unit{\dB}$ ist:
$a = 10 \cdot\log\left(\frac{P_1}{P_2}\right)$ dB $a = 10 \cdot\log\left(\frac{P_1}{P_2}\right)\unit{\dB}$
Aus dem Dezibel abgeleitet hatten wir die *Leistungspegel* als logarithmische Maße: Aus dem Dezibel abgeleitet hatten wir die *Leistungspegel* als logarithmische Maße:
- Leistung bezogen auf 1 W: dBW - Leistung bezogen auf $\qty{1}{\watt}$: $\unit{\dBW}$
- Leistung bezogen auf 1 mW: dBm - Leistung bezogen auf $\qty{1}{\milli\watt}$: $\unit{\dBm}$
Das Dezibel können wir auch verwenden, um *Spannungsverhältnisse* und *Spannungspegel* anzugeben. Dazu berücksichtigen wir, dass die Leistung proportional zum Quadrat der Spannung ist. Also können wir schreiben: Das Dezibel können wir auch verwenden, um *Spannungsverhältnisse* und *Spannungspegel* anzugeben. Dazu berücksichtigen wir, dass die Leistung proportional zum Quadrat der Spannung ist. Also können wir schreiben:
$a = 10 \cdot \log\left(\frac{P_1}{P_2}\right)$ $a = 10 \cdot \log\left(\frac{P_1}{P_2}\right) = 10 \cdot \log\left(\frac{U_1^2}{U_2^2}\right)$
$= 10 \cdot \log\left(\frac{U_1^2}{U_2^2}\right)$
Der Logarithmus einer quadrierten Zahl ist aber gleich zweimal dem Logarithmus der Zahl: Der Logarithmus einer quadrierten Zahl ist aber gleich zweimal dem Logarithmus der Zahl:
@@ -57,15 +56,15 @@ $10 \cdot \log\left(\frac{U_1^2}{U_2^2}\right)=20 \cdot \lg\left(\frac{U_1}{U_2}
Daher berechnen wir ein Verhältnis *a* zweier Spannungen $U_1$ und $U_2$, indem wir den Logarithmus des Verhältnisses nicht mit dem Faktor 10, sondern mit dem Faktor 20 multiplizieren: Daher berechnen wir ein Verhältnis *a* zweier Spannungen $U_1$ und $U_2$, indem wir den Logarithmus des Verhältnisses nicht mit dem Faktor 10, sondern mit dem Faktor 20 multiplizieren:
$a = 20 \cdot \log \left(\frac{U_1}{U_2}\right)$ dB $a = 20 \cdot \log \left(\frac{U_1}{U_2}\right)\unit{\dB}$
<tip> <tip>
Bei der Dezibel-Berechnung immer genau beachten, ob es sich um Leistungs- oder Spannungsverhältnisse handelt! Bei der Dezibel-Berechnung immer genau beachten, ob es sich um Leistungs- oder Spannungsverhältnisse handelt!
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Zur Bestimmung von Spannungspegeln müssen wir wieder erst eine Bezugsspannung festlegen. Bei Empfangssignalen messen wir die (sehr kleinen) Spannungen am Empfängereingang gern in µV. Der zugehörige Spannungspegel hat dann die Einheit dBµV. Beispiel: Zur Bestimmung von Spannungspegeln müssen wir wieder erst eine Bezugsspannung festlegen. Bei Empfangssignalen messen wir die (sehr kleinen) Spannungen am Empfängereingang gern in $\unit{\micro\volt}$. Der zugehörige Spannungspegel hat dann die Einheit $\unit{\dBuV}$. Beispiel:
$10 \mu V \rightarrow 20 \cdot \log\left(\frac{\qty{10}{\micro\volt}}{\qty{1}{\micro\volt}}\right)=\qty{20}{dB\micro\volt}$ $\qty{10}{\micro\volt} \rightarrow 20 \cdot \log\left(\frac{\qty{10}{\micro\volt}}{\qty{1}{\micro\volt}}\right)=\qty{20}{\dBuV}$
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*Rechnen mit Logarithmen:* *Rechnen mit Logarithmen:*
@@ -79,20 +78,20 @@ Einige einfache Rechenregeln ermöglichen die Lösung von Dezibel-Aufgaben ohne
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*Nützlich zu merken:* *Nützlich zu merken:*
* $\qty{0}{dB}$ entspricht dem Faktor $1$. * $\qty{0}{\dB}$ entspricht dem Faktor $1$.
* $\qty{3}{dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $2$ * $\qty{3}{\dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $2$
* $\qty{-3}{dB}$ einem Leistungsverhältnis von $\frac{1}{2}$. * $\qty{-3}{\dB}$ einem Leistungsverhältnis von $\frac{1}{2}$.
* $\qty{6}{dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $4$ und einem Spannungsverhälnis von $2$. * $\qty{6}{\dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $4$ und einem Spannungsverhälnis von $2$.
* $\qty{-6}{dB}$ sind ein Leistungsverhältnis von $\frac{1}{4}$ und ein Spannungsverhältnis von $\frac{1}{2}$. * $\qty{-6}{\dB}$ sind ein Leistungsverhältnis von $\frac{1}{4}$ und ein Spannungsverhältnis von $\frac{1}{2}$.
* $\qty{10}{dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $10$. * $\qty{10}{\dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $10$.
* $\qty{20}{dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $100$ und einem Spannungsverhältnis von $10$. * $\qty{20}{\dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $100$ und einem Spannungsverhältnis von $10$.
Mit diesen wenigen Werten lassen sich Lösungen in der Regel zumindest hinreichend genau abschätzen. Mit diesen wenigen Werten lassen sich Lösungen in der Regel zumindest hinreichend genau abschätzen.
*Beispiele:* *Beispiele:*
* Welcher Faktor entspricht einem Leistungsverhältnis von $\qty{17}{dB}$? $\qty{17}{dB} = \qty{20}{dB} - \qty{3}{dB}$, also Faktor $100$ durch $2$ gleich $50$. * Welcher Faktor entspricht einem Leistungsverhältnis von $\qty{17}{\dB}$? $\qty{17}{\dB} = \qty{20}{\dB} - \qty{3}{\dB}$, also Faktor $100$ durch $2$ gleich $50$.
* Wieviel dB entsprcht ein Spannungsverhältnis von 4? $4 = 2 \cdot 2 \rightarrow \qty{6}{dB} + \qty{6}{dB} = \qty{12}{dB}$ * Wieviel $\unit{\dB}$ entspricht ein Spannungsverhältnis von 4? $4 = 2 \cdot 2 \rightarrow \qty{6}{\dB} + \qty{6}{\dB} = \qty{12}{\dB}$
</tip> </tip>
[question:AA105] [question:AA105]
+2 -2
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@@ -8,7 +8,7 @@ Der VDE, also der Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik
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Die Hauptgefahr besteht durch Berührung einer elektrischen Spannung. In der Elektrotechnik spricht man von einer gefährlichen Spannung, wenn diese bei Wechselspannung über 50 V und bei Gleichspannung über 120 V liegt. Diese Grenzen wurden so gelegt, dass es zu keiner lebensbedrohlichen Beeinträchtigung des menschlichen Körpers kommen kann. Wechselspannung wird auch als "AC" (englisch "alternating current") und Gleichspannung als "DC" (englisch "direct current") abgekürzt. Die Hauptgefahr besteht durch Berührung einer elektrischen Spannung. In der Elektrotechnik spricht man von einer gefährlichen Spannung, wenn diese bei Wechselspannung über $\qty{50}{\volt}$ und bei Gleichspannung über $\qty{120}{\volt}$ liegt. Diese Grenzen wurden so gelegt, dass es zu keiner lebensbedrohlichen Beeinträchtigung des menschlichen Körpers kommen kann. Wechselspannung wird auch als "AC" (englisch "alternating current") und Gleichspannung als "DC" (englisch "direct current") abgekürzt.
<indepth> <indepth>
Der Grund für die *unterschiedlichen Grenzwerte für Gleich- und Wechselspannung* hängt mit den unterschiedlichen Auswirkungen auf den Körper zusammen: Wechselspannung kann den Herzrhythmus beeinflussen, während es bei Gleichspannung eher zu Verbrennungen kommt. Der Grund für die *unterschiedlichen Grenzwerte für Gleich- und Wechselspannung* hängt mit den unterschiedlichen Auswirkungen auf den Körper zusammen: Wechselspannung kann den Herzrhythmus beeinflussen, während es bei Gleichspannung eher zu Verbrennungen kommt.
@@ -18,7 +18,7 @@ Der Grund für die *unterschiedlichen Grenzwerte für Gleich- und Wechselspannun
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Bei einer Einwirkung des Stroms auf den Körper kann das Gewebe geschädigt werden. Wie stark die Schädigung ist, hängt von der Stromstärke und Dauer des Stromflusses ab. Auch der Weg, den der Strom durch den Körper nimmt, spielt eine große Rolle. Eine Stromstärke von über 30 mA kann schon zu lebensgefährlichen Schäden führen (siehe Abbildung [ref:n_fehlerstrom]). Bei einer Einwirkung des Stroms auf den Körper kann das Gewebe geschädigt werden. Wie stark die Schädigung ist, hängt von der Stromstärke und Dauer des Stromflusses ab. Auch der Weg, den der Strom durch den Körper nimmt, spielt eine große Rolle. Eine Stromstärke von über $\qty{30}{\milli\ampere}$ kann schon zu lebensgefährlichen Schäden führen (siehe Abbildung [ref:n_fehlerstrom]).
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[picture:681:n_fehlerstrom:Stromschlag / Körperdurchströmung] [picture:681:n_fehlerstrom:Stromschlag / Körperdurchströmung]
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@@ -1,7 +1,7 @@
Die elektrische Ladung (auch *Elektrizitätsmenge* genannt) ist eine grundlegende physikalische Größe. Sie beschreibt eine Eigenschaft von Teilchen und Körpern und ist die Ursache für elektrische und elektromagnetische Wechselwirkungen. Sicher hast du schon auf Akkus oder Batterien eine Angabe wie z.B. $\qty{3000}{\milli\ampere\hour}$ für die elektrische Ladung gelesen. Die elektrische Ladung (auch *Elektrizitätsmenge* genannt) ist eine grundlegende physikalische Größe. Sie beschreibt eine Eigenschaft von Teilchen und Körpern und ist die Ursache für elektrische und elektromagnetische Wechselwirkungen. Sicher hast du schon auf Akkus oder Batterien eine Angabe wie z.B. $\qty{3000}{\milli\ampere\hour}$ für die elektrische Ladung gelesen.
<unit> <unit>
Die elektrische Ladung hat das Formelzeichen $Q$ und die Einheit Coulomb ($\unit{\coulomb}$). Die elektrische Ladung hat das Formelzeichen $Q$ und die Einheit Coulomb ($\unit{\coulomb}$).
Ein Coulomb ist definiert als die Ladungsmenge, die bei einem Strom von $\qty{1}{\ampere}$ innerhalb von $\qty{1}{\second}$ transportiert wird: Ein Coulomb ist definiert als die Ladungsmenge, die bei einem Strom von $\qty{1}{\ampere}$ innerhalb von $\qty{1}{\second}$ transportiert wird:
$\qty{1}{\coulomb} = \qty{1}{\ampere} \cdot \qty{1}{\second}$ $\qty{1}{\coulomb} = \qty{1}{\ampere} \cdot \qty{1}{\second}$
</unit> </unit>
@@ -21,14 +21,14 @@ Allgemein ist die Leistung als Energie pro Zeit definiert. Entsprechend ergibt s
$W = P \cdot t$ $W = P \cdot t$
<unit> <unit>
Die Einheit der Energie ist das Joule ($\unit{J}$). Ein Joule ist definiert als: Die Einheit der Energie ist das Joule ($\unit{\joule}$). Ein Joule ist definiert als:
$\qty{1}{\joule} = \qty{1}{\watt\second} = \qty{1}{\volt\ampere\second} = \qty{1}{\newton\meter} = \qty{1}{\kilogram\cdot\meter\squared\per\second\squared}$ $\qty{1}{\joule} = \qty{1}{\watt\second} = \qty{1}{\volt\ampere\second} = \qty{1}{\newton\meter} = \qty{1}{\kilogram\cdot\meter\squared\per\second\squared}$
</unit> </unit>
[question:AA103] [question:AA103]
In der Praxis werden für kleine Energiemengen meist Joule verwendet, während für größere Energiemengen – etwa bei Akkus, Netzteilen oder im Stromverbrauch – häufig Wattstunden (Wh) oder Kilowattstunden (kWh) angegeben werden. Greifen wir das Beispiel unseres $\qty{3000}{\milli\ampere\hour}$-Akkus wieder auf. Hat dieser eine Spannung von $\qty{3,6}{\volt}$ so ergibt sich ein Energiegehalt von $\qty{3000}{\milli\ampere\hour} \cdot \qty{3,6}{\volt} = \qty{10.8}{\watt\hour}$ In der Praxis werden für kleine Energiemengen meist Joule verwendet, während für größere Energiemengen – etwa bei Akkus, Netzteilen oder im Stromverbrauch – häufig Wattstunden ($\unit{\watt\hour}$) oder Kilowattstunden ($\unit{\kilo\watt\hour}$) angegeben werden. Greifen wir das Beispiel unseres $\qty{3000}{\milli\ampere\hour}$-Akkus wieder auf. Hat dieser eine Spannung von $\qty{3,6}{\volt}$ so ergibt sich ein Energiegehalt von $\qty{3000}{\milli\ampere\hour} \cdot \qty{3,6}{\volt} = \qty{10.8}{\watt\hour}$
Energie kann nicht nur gespeichert, sondern auch von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Ein typisches Beispiel ist die Umwandlung elektrischer Energie in thermische Energie an einem Widerstand, an dem über einen bestimmten Zeitraum eine Spannung anliegt. Die folgenden beiden Prüfungsfragen betrachten genau dieses Szenario. Energie kann nicht nur gespeichert, sondern auch von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Ein typisches Beispiel ist die Umwandlung elektrischer Energie in thermische Energie an einem Widerstand, an dem über einen bestimmten Zeitraum eine Spannung anliegt. Die folgenden beiden Prüfungsfragen betrachten genau dieses Szenario.
@@ -36,6 +36,6 @@ Energie kann nicht nur gespeichert, sondern auch von einer Form in eine andere u
Hier nochmal eine andere Formulierung der Frage: Wie viel Energie wird an einem Widerstand (Widerstand $R=\qty{100}{\ohm}$), an dem eine Spannung von $U=\qty{10}{\volt}$ angelegt ist, innerhalb einer Stunde in Wärme umgewandelt? Hier nochmal eine andere Formulierung der Frage: Wie viel Energie wird an einem Widerstand (Widerstand $R=\qty{100}{\ohm}$), an dem eine Spannung von $U=\qty{10}{\volt}$ angelegt ist, innerhalb einer Stunde in Wärme umgewandelt?
$W = P \cdot t = \frac{U^2}{R} \cdot t = \qty{1}{\watt} \cdot \qty{1}{\hour}= 1 \unit{\watt\hour}$ $W = P \cdot t = \frac{U^2}{R} \cdot t = \qty{1}{\watt} \cdot \qty{1}{\hour}= \qty{1}{\watt\hour}$
[question:AB502] [question:AB502]
+2 -2
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@@ -1,6 +1,6 @@
Auf dem Typschild elektrischer Geräte ist meistens die Leistungsaufnahme angegeben. Zum Beispiel könnte man auf einem LED-Leuchtmittel die Angabe 7 W finden oder 425 W auf einem Staubsauger. Auf dem Typschild elektrischer Geräte ist meistens die Leistungsaufnahme angegeben. Zum Beispiel könnte man auf einem LED-Leuchtmittel die Angabe $\qty{7}{\watt}$ finden oder $\qty{425}{\watt}$ auf einem Staubsauger.
Auch an jedem Widerstand wird elektrische Leistung umgesetzt. Sobald ein Strom durch einen Widerstand fließt, wird elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt, also in Wärme. Je größer der Strom ist, desto mehr Wärme wird an die Umgebung abgegeben. Deshalb werden auch viele elektrische Geräte beim Betrieb warm. Die elektrische Leistung gibt an, wieviel elektrische Energie in einer gewissen Zeit umgesetzt wird. Die Einheit der Leistung ist Watt, abgekürzt W. Auch an jedem Widerstand wird elektrische Leistung umgesetzt. Sobald ein Strom durch einen Widerstand fließt, wird elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt, also in Wärme. Je größer der Strom ist, desto mehr Wärme wird an die Umgebung abgegeben. Deshalb werden auch viele elektrische Geräte beim Betrieb warm. Die elektrische Leistung gibt an, wieviel elektrische Energie in einer gewissen Zeit umgesetzt wird. Die Einheit der Leistung ist Watt, abgekürzt $\unit{\watt}$.
[question:NA204] [question:NA204]
[question:NA211] [question:NA211]
+2 -2
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@@ -131,7 +131,7 @@ Das ist dann auch schon die gesuchte maximale Gleichspannung!
Hier ist der Rechenweg derselbe wie in der Aufgabe davor, nur die Zahlenwerte sind anders: Hier ist der Rechenweg derselbe wie in der Aufgabe davor, nur die Zahlenwerte sind anders:
$U = \sqrt{P \cdot R} = \sqrt{6\ \text{W} \cdot 10^5\ \Omega} \approx 774,6\ \text{V} \approx 775\ \text{V}$ $U = \sqrt{P \cdot R} = \sqrt{\qty{6}{\watt} \cdot \qty{10^5}{\ohm}} \approx \qty{774,6}{\volt} \approx \qty{775}{\volt}$
%%%%% %%%%%
@@ -157,7 +157,7 @@ Damit ließe sich auch die effektive Leistung berechnen, doch so weit geht die F
[question:EB514] [question:EB514]
Die Antwort zu dieser Frage schließlich lässt sich sehr gut im Kopf rechnen. Hier werden 11 gleiche Widerstände, wie in Abbildung [ref:e_dummyload_11] gezeigt, parallel geschaltet. Das heißt, der Strom durch jeden einzelnen Widerstand ist 1/11 des Gesamtstroms. Also ist die Leistung an jedem Widerstand auch nur 1/11 der Gesamtleistung. Die Antwort zu dieser Frage schließlich lässt sich sehr gut im Kopf rechnen. Hier werden 11 gleiche Widerstände, wie in Abbildung [ref:e_dummyload_11] gezeigt, parallel geschaltet. Das heißt, der Strom durch jeden einzelnen Widerstand ist $1/11$ des Gesamtstroms. Also ist die Leistung an jedem Widerstand auch nur $1/11$ der Gesamtleistung.
Also ist die zulässige Gesamtleistung $11 \cdot \qty{5}{\watt} =\qty{55}{\watt}$. Also ist die zulässige Gesamtleistung $11 \cdot \qty{5}{\watt} =\qty{55}{\watt}$.
+4 -4
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@@ -10,7 +10,7 @@ Das Formelzeichen $l$ steht für die Länge des Leiters. Ein Leiter besteht aus
Das Formelzeichen $A_\text{Dr}$ bezeichnet die Querschnittsfläche des Drahtes. Ein größerer Querschnitt bietet den Elektronen mehr Raum zum Fließen, sodass sie sich seltener gegenseitig behindern. Der Widerstand wird dadurch kleiner. In der Formel wird durch die Querschnittsfläche geteilt, was genau diesen Zusammenhang ausdrückt: Je größer der Querschnitt, desto geringer der Widerstand. Das Formelzeichen $A_\text{Dr}$ bezeichnet die Querschnittsfläche des Drahtes. Ein größerer Querschnitt bietet den Elektronen mehr Raum zum Fließen, sodass sie sich seltener gegenseitig behindern. Der Widerstand wird dadurch kleiner. In der Formel wird durch die Querschnittsfläche geteilt, was genau diesen Zusammenhang ausdrückt: Je größer der Querschnitt, desto geringer der Widerstand.
Das Formelzeichen $\rho$ steht für den spezifischen Widerstand des Materials. Er beschreibt die materialabhängigen Eigenschaften des Leiters und gibt an, welchen Widerstand ein Leiter aus diesem Material bei einer Länge von $\qty{1}{\meter}$ und einem Querschnitt von $\qty{1}{\milli\meter\squared}$ bei $\qty{20}{\degree}$ besitzt. Das bedeutet, dass auch das Material einen Einfluss darauf hat, wie häufig die Elektronen durch Zusammenstöße mit den Atomen gebremst werden. Materialien wie Kupfer oder Eisen haben unterschiedliche Werte für $\rho$ und leiten den elektrischen Strom daher unterschiedlich gut. Das Formelzeichen $\rho$ steht für den spezifischen Widerstand des Materials. Er beschreibt die materialabhängigen Eigenschaften des Leiters und gibt an, welchen Widerstand ein Leiter aus diesem Material bei einer Länge von $\qty{1}{\meter}$ und einem Querschnitt von $\qty{1}{\milli\meter\squared}$ bei $\qty{20}{\degreeCelsius}$ besitzt. Das bedeutet, dass auch das Material einen Einfluss darauf hat, wie häufig die Elektronen durch Zusammenstöße mit den Atomen gebremst werden. Materialien wie Kupfer oder Eisen haben unterschiedliche Werte für $\rho$ und leiten den elektrischen Strom daher unterschiedlich gut.
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[picture:713:a_leitermodell:Atome (+) und bewegliche Elektronen (-) in einem metallischen Leiter] [picture:713:a_leitermodell:Atome (+) und bewegliche Elektronen (-) in einem metallischen Leiter]
@@ -26,13 +26,13 @@ $R=\frac{\rho\cdot l}{A_{Dr}}$
$A_{Dr}=\frac{d^2\cdot \pi}{4}$ $A_{Dr}=\frac{d^2\cdot \pi}{4}$
$\rho=0,018\frac{mm^2}{m}$ $\rho=\qty{0,018}{\frac{\milli\meter\squared}{\meter}}$
Gegeben sind: $l=\qty{1,8}{\meter}$ und $d=\qty{0,2}{\milli\meter}$. Gesucht wird $R$. Gegeben sind: $l=\qty{1,8}{\meter}$ und $d=\qty{0,2}{\milli\meter}$. Gesucht wird $R$.
$A_{Dr}=\dfrac{(\qty{0,2}{\milli\meter})^2\cdot \pi}{4}=0,01 \cdot \pi \unit{\milli\meter\squared}$ $A_{Dr}=\dfrac{(\qty{0,2}{\milli\meter})^2\cdot \pi}{4}=0,01 \cdot \pi \cdot \unit{\milli\meter\squared}$
$R=\frac{\qty{0,018}{\ohm\milli\meter\squared\per\meter} \cdot \qty{1,8}{\meter}}{0,01 \cdot \pi \unit{\milli\meter\squared}}=\qty{1,03}{\ohm}$ $R=\frac{\qty{0,018}{\ohm\cdot\milli\meter\squared\per\meter} \cdot \qty{1,8}{\meter}}{0,01 \cdot \pi \cdot \unit{\milli\meter\squared}}=\qty{1,03}{\ohm}$
[question:AB102] [question:AB102]
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@@ -1,7 +1,7 @@
Wir haben bereits die drei wichtigsten Größen der Elektrotechnik kennengelernt, und zwar die elektrische Spannung, den elektrischen Strom und den Widerstand: Wir haben bereits die drei wichtigsten Größen der Elektrotechnik kennengelernt, und zwar die elektrische Spannung, den elektrischen Strom und den Widerstand:
* Zunächst haben wir gelernt, dass elektrische Ladungen in Spannungsquellen getrennt werden und dadurch eine elektrische Spannung entsteht. Diese bezeichen wir mit dem Buchstaben $U$ und messen sie in Volt (V). * Zunächst haben wir gelernt, dass elektrische Ladungen in Spannungsquellen getrennt werden und dadurch eine elektrische Spannung entsteht. Diese bezeichen wir mit dem Buchstaben $U$ und messen sie in Volt ($\unit{V}$).
* Dann haben wir gelernt, dass die elektrische Spannung dafür sorgt, dass in einem geschlossenen Stromkreis ein elektrischer Strom fließt, den wir mit dem Buchstaben $I$ bezeichnen und in Ampere (A) messen. * Dann haben wir gelernt, dass die elektrische Spannung dafür sorgt, dass in einem geschlossenen Stromkreis ein elektrischer Strom fließt, den wir mit dem Buchstaben $I$ bezeichnen und in Ampere ($\unit{A}$) messen.
* Und zu Beginn dieses Kapitels haben wir dann noch gelernt, dass Verbraucher in einem Stromkreis einen Widerstand ausüben und somit den Stromfluss ausbremsen. Den Widerstand bezeichnen wir mit dem Buchstaben $R$ und messen ihn in Ohm (Ω). * Und zu Beginn dieses Kapitels haben wir dann noch gelernt, dass Verbraucher in einem Stromkreis einen Widerstand ausüben und somit den Stromfluss ausbremsen. Den Widerstand bezeichnen wir mit dem Buchstaben $R$ und messen ihn in Ohm ($\unit{\ohm}$).
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%[p-h-o-t-o:147:ohmsches_gesetz_comic:Bildhafte Darstellung der Zusammenhänge des Ohmschen Gesetzes] %[p-h-o-t-o:147:ohmsches_gesetz_comic:Bildhafte Darstellung der Zusammenhänge des Ohmschen Gesetzes]
@@ -11,17 +11,17 @@ Wir haben bereits die drei wichtigsten Größen der Elektrotechnik kennengelernt
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Aber wie hängen diese drei Größen zusammen? Schauen wir uns ein Beispiel in der Abbildung [ref:n_ohmsches_gesetz_stromkreis_mit_batterie] an. Wir haben einen Stromkreis, der aus einer Batterie als Spannungsquelle und einem Widerstand besteht. Wir kennen die Spannung und wir können den Strom messen. Die Batterie hat eine Spannung von 10 V, und es fließt ein Strom von 1 mA. Aber wie hängen diese drei Größen zusammen? Schauen wir uns ein Beispiel in der Abbildung [ref:n_ohmsches_gesetz_stromkreis_mit_batterie] an. Wir haben einen Stromkreis, der aus einer Batterie als Spannungsquelle und einem Widerstand besteht. Wir kennen die Spannung und wir können den Strom messen. Die Batterie hat eine Spannung von $\qty{10}{\volt}$, und es fließt ein Strom von $\qty{1}{\milli\ampere}$.
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[picture:664:n_ohmsches_gesetz_stromkreis_mit_batterie:Stromkreis mit Batterie] [picture:664:n_ohmsches_gesetz_stromkreis_mit_batterie:Stromkreis mit Batterie]
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Würde man die 10 V-Batterie in dem Beispiel durch eine 20 V-Batterie ersetzen, dann würde sich auch der Strom von 1 mA auf 2 mA erhöhen. Wenn man also die Spannung verdoppelt, dann verdoppelt sich auch der Strom. Entsprechend würde sich auch der Strom auf 0,5 mA halbieren, wenn man die Spannung auf 5 V halbieren würde. Würde man die $\qty{10}{\volt}$-Batterie in dem Beispiel durch eine $\qty{20}{\volt}$-Batterie ersetzen, dann würde sich auch der Strom von $\qty{1}{\milli\ampere}$ auf $\qty{2}{\milli\ampere}$ erhöhen. Wenn man also die Spannung verdoppelt, dann verdoppelt sich auch der Strom. Entsprechend würde sich auch der Strom auf $\qty{0,5}{\milli\ampere}$ halbieren, wenn man die Spannung auf $\qty{5}{\volt}$ halbieren würde.
Wir können ein Muster erkennen: In unserem Beispiel ist die Spannung $U$ in Volt immer 10000-fach größer als der Strom $I$ in Ampere. Oder mathematisch ausgedrückt: Wir können ein Muster erkennen: In unserem Beispiel ist die Spannung $U$ in Volt immer 10000-fach größer als der Strom $I$ in Ampere. Oder mathematisch ausgedrückt:
$\dfrac{U}{I} = \dfrac{10 \ \text{V}}{0,001 \ \text{A}} = \dfrac{20 \ \text{V}}{0,002 \ \text{A}} = \dfrac{5 \ \text{V}}{0,0005 \ \text{A}} = 10000 \frac{\text{V}}{\text{A}}$ $\dfrac{U}{I} = \dfrac{\qty{10}{\volt}}{\qty{0,001}{\ampere}} = \dfrac{\qty{20}{\volt}}{\qty{0,002}{\ampere}} = \dfrac{\qty{5}{\volt}}{\qty{0,0005}{\ampere}} = 10000 \frac{\unit{\volt}}{\unit{\ampere}}$
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@@ -32,11 +32,11 @@ In der Fachsprache nennt man dies Proportionalität: $I$ ist proportional zu $U$
Der *Proportionalitätsfaktor* ist das zahlenmäßige Verhältnis zweier Größen, die proportional zueinander sind. Der *Proportionalitätsfaktor* ist das zahlenmäßige Verhältnis zweier Größen, die proportional zueinander sind.
</indepth> </indepth>
Es bleibt aber eine Frage. Wo kommt jetzt dieser Faktor von 10000 her? Die Antwort ist simpel: Das ist unser Widerstand $R$! Und wenn wir jetzt noch die Einheiten betrachten, fügt sich ein Gesamtbild zusammen: Die Einheit Ohm ist nämlich so definiert, dass $1 \ Ω$ dasselbe wie $1 \frac{\text{V}}{\text{A}}$ ist. Daher dürfen wir statt $10000 \frac{V}{A}$ einfach $10000 \ Ω$ schreiben! Unser Widerstand beträgt also 10000 Ω oder kurz 10 kΩ: Es bleibt aber eine Frage. Wo kommt jetzt dieser Faktor von 10000 her? Die Antwort ist simpel: Das ist unser Widerstand $R$! Und wenn wir jetzt noch die Einheiten betrachten, fügt sich ein Gesamtbild zusammen: Die Einheit Ohm ist nämlich so definiert, dass $\qty{1}{\ohm}$ dasselbe wie $\qty{1}{\volt\per\ampere}$ ist. Daher dürfen wir statt $\qty{10000}{\volt\per\ampere}$ einfach $\qty{10000}{\ohm}$ schreiben! Unser Widerstand beträgt also $\qty{10000}{\ohm}$ oder kurz $\qty{10}{\kilo\ohm}$:
$10000 \frac{\text{V}}{\text{A}} = 10000 \ Ω$ $\qty{10000}{\volt\per\ampere} = \qty{10000}{\ohm}$
%Es stellt sich aber immer noch folgende Frage: Warum fließen in unserem Beispiel genau 1 mA, wenn die Spannung 10 V beträgt? Die Höhe des Stroms hängt vom Wert des Widerstands ab. Ist der Widerstand groß, so wird der Strom klein sein, ist der Widerstand hingegen klein, dann wird der Strom groß sein. %Es stellt sich aber immer noch folgende Frage: Warum fließen in unserem Beispiel genau $\qty{1}{\milli\ampere}$, wenn die Spannung $\qty{10}{\volt}$ beträgt? Die Höhe des Stroms hängt vom Wert des Widerstands ab. Ist der Widerstand groß, so wird der Strom klein sein, ist der Widerstand hingegen klein, dann wird der Strom groß sein.
Wir haben gelernt: Den Wert des Widerstands kann man aus der Spannung und dem Strom berechnen. Er ist das *Verhältnis von Spannung und Strom*, oder anders formuliert: Wenn man die Spannung durch den Strom teilt, erhält man den Wert des Widerstands. Wir haben gelernt: Den Wert des Widerstands kann man aus der Spannung und dem Strom berechnen. Er ist das *Verhältnis von Spannung und Strom*, oder anders formuliert: Wenn man die Spannung durch den Strom teilt, erhält man den Wert des Widerstands.
+3 -3
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@@ -4,7 +4,7 @@ Ein Oszilloskop ist ein Spannungsmessgerät, das den zeitlichen Verlauf von Span
[photo:212:e_oszilloskop_digital: Oszilloskop mit zahlreichen Zusatzfunktionen] [photo:212:e_oszilloskop_digital: Oszilloskop mit zahlreichen Zusatzfunktionen]
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Betrachten wir die Anzeige des Oszilloskops in Abbildung [ref:e_oszilloskop_bildschirmfoto_sinus] nun etwas genauer. Mit einem Oszilloskop lassen sich beispielsweise die Kenngrößen einer sinusförmigen Wechselspannung ($T$, $\hat{U}$, $U_\text{SS}$ und $U_\text{eff}$) bestimmen. Neben dem Signalverlauf werden eine Zeit- und eine Spannungsangabe eingeblendet – im Beispiel $\qty{50,0}{\nano\second}$ und $\qty{500}{\milli\volt}$. Das bedeutet, dass ein Kästchen in horizontaler Richtung 50 Nanosekunden und in vertikaler Richtung 500 Millivolt entspricht. Diese Kästchen werden oft als Divisionen oder Skalenteile bezeichnet, daher auch die Schreibweise $\qty{500}{\milli\volt\per div}$. Betrachten wir die Anzeige des Oszilloskops in Abbildung [ref:e_oszilloskop_bildschirmfoto_sinus] nun etwas genauer. Mit einem Oszilloskop lassen sich beispielsweise die Kenngrößen einer sinusförmigen Wechselspannung ($T$, $\hat{U}$, $U_\text{SS}$ und $U_\text{eff}$) bestimmen. Neben dem Signalverlauf werden eine Zeit- und eine Spannungsangabe eingeblendet – im Beispiel $\qty{50,0}{\nano\second}$ und $\qty{500}{\milli\volt}$. Das bedeutet, dass ein Kästchen in horizontaler Richtung 50 Nanosekunden und in vertikaler Richtung 500 Millivolt entspricht. Diese Kästchen werden oft als Divisionen oder Skalenteile bezeichnet, daher auch die Schreibweise $\qty{500}{\milli\volt\per\oszidiv}$.
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[photo:214:e_oszilloskop_bildschirmfoto_sinus:eine sinusförmige Spannung, dargestellt auf einem digitalen Oszilloskop] [photo:214:e_oszilloskop_bildschirmfoto_sinus:eine sinusförmige Spannung, dargestellt auf einem digitalen Oszilloskop]
@@ -22,7 +22,7 @@ Für einfache Messungen haben viele digitale Oszilloskope eine AUTO-Taste. Wenn
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Sobald die Periodendauer einer Schwingung bekannt ist, lässt sich daraus auch die Frequenz bestimmen. In der Klasse N haben wir bereits den qualitativen Zusammenhang kennengelernt: Die Frequenz gibt die Zahl der Schwingungen pro Sekunde an. Beträgt die Periodendauer eine Sekunde, so ergibt sich eine Frequenz von 1 Hz. Halbieren wir die Periodendauer auf eine halbe Sekunde, passen zwei Schwingungen in eine Sekunde – die Frequenz liegt dann bei 2 Hz. Sobald die Periodendauer einer Schwingung bekannt ist, lässt sich daraus auch die Frequenz bestimmen. In der Klasse N haben wir bereits den qualitativen Zusammenhang kennengelernt: Die Frequenz gibt die Zahl der Schwingungen pro Sekunde an. Beträgt die Periodendauer eine Sekunde, so ergibt sich eine Frequenz von $\qty{1}{\hertz}$. Halbieren wir die Periodendauer auf eine halbe Sekunde, passen zwei Schwingungen in eine Sekunde – die Frequenz liegt dann bei $\qty{2}{\hertz}$.
In der Klasse E betrachten wir diesen Zusammenhang nun als Formel: In der Klasse E betrachten wir diesen Zusammenhang nun als Formel:
@@ -32,7 +32,7 @@ Die Frequenz in Hertz ist der Kehrwert der Periodendauer in Sekunden.
Das Signal in Abbildung [ref:e_oszilloskop_bildschirmfoto_sinus] hat also die Frequenz Das Signal in Abbildung [ref:e_oszilloskop_bildschirmfoto_sinus] hat also die Frequenz
$f = \dfrac{1}{250\text{ ns}} = 4 \text{ MHz}$. $f = \dfrac{1}{\qty{250}{\nano\second}} = \qty{4}{\mega\hertz}$.
[question:EB408] [question:EB408]
[question:EB409] [question:EB409]
+1 -1
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@@ -45,5 +45,5 @@ Ein Tastkopf besteht aus einem griffähnlichen Gehäuse, vergleichbar mit einem
Die einfachsten Tastköpfe verbinden die Prüfspitze direkt mit dem Messeingang. Man spricht von 1:1-Tastköpfen, weil die an der Spitze anliegende Spannung unverändert zum Oszilloskop gelangt. Tastköpfe für hohe Frequenzen sind aufwändiger gebaut. Sie teilen die Eingangsspannung auf einen kleineren Wert, oft ein Zehntel, herunter. Wenn man mit so einem 10:1-Tastkopf eine Spannung von 10 Volt misst, wird auf dem Bildschirm 1 Volt angezeigt. Die einfachsten Tastköpfe verbinden die Prüfspitze direkt mit dem Messeingang. Man spricht von 1:1-Tastköpfen, weil die an der Spitze anliegende Spannung unverändert zum Oszilloskop gelangt. Tastköpfe für hohe Frequenzen sind aufwändiger gebaut. Sie teilen die Eingangsspannung auf einen kleineren Wert, oft ein Zehntel, herunter. Wenn man mit so einem 10:1-Tastkopf eine Spannung von 10 Volt misst, wird auf dem Bildschirm 1 Volt angezeigt.
<indepth> <indepth>
Bei manchen Oszilloskopen kann man einstellen, welches Teilverhältnis der Tastkopf hat. Dann wird auf dem Bildschirm die tatsächliche Spannung anzezeigt. Passive 10:1-Tastköpfe enthalten unter anderem einen 9-MΩ-Widerstand, der im Signalweg liegt. Oszilloskope haben in der Regel einen Innenwiderstand von 1 MΩ. So ergibt sich ein 10:1-Spannungsteiler. Außerdem ist im Tastkopf oder im Stecker ein kleiner Drehkondensator vorhanden. Er dient zur Anpassung der Kapazität von Tastkopf und Kabel an den Messeingang und wird so eingestellt, dass ein Rechtecksignal möglichst unverfälscht auf dem Bildschirm erscheint. Neben den hier beschriebenen, passiven Tastköpfen existieren mehrere andere Varianten. Es gibt zum Beispiel Tastköpfe mit angepasstem 50-Ohm-Koaxkabel. Sie sind besonders gut für sehr hohe Frequenzen geeignet, haben aber nur einen relativ kleinen Innenwiderstand. Aktive Ausführungen lösen dieses Problem, indem das Signal direkt im Tastkopf verstärkt wird. Bei manchen Oszilloskopen kann man einstellen, welches Teilverhältnis der Tastkopf hat. Dann wird auf dem Bildschirm die tatsächliche Spannung anzezeigt. Passive 10:1-Tastköpfe enthalten unter anderem einen $\qty{9}{\mega\ohm}$-Widerstand, der im Signalweg liegt. Oszilloskope haben in der Regel einen Innenwiderstand von $\qty{1}{\mega\ohm}$. So ergibt sich ein 10:1-Spannungsteiler. Außerdem ist im Tastkopf oder im Stecker ein kleiner Drehkondensator vorhanden. Er dient zur Anpassung der Kapazität von Tastkopf und Kabel an den Messeingang und wird so eingestellt, dass ein Rechtecksignal möglichst unverfälscht auf dem Bildschirm erscheint. Neben den hier beschriebenen, passiven Tastköpfen existieren mehrere andere Varianten. Es gibt zum Beispiel Tastköpfe mit angepasstem $\qty{50}{\ohm}$-Koaxkabel. Sie sind besonders gut für sehr hohe Frequenzen geeignet, haben aber nur einen relativ kleinen Innenwiderstand. Aktive Ausführungen lösen dieses Problem, indem das Signal direkt im Tastkopf verstärkt wird.
</indepth> </indepth>
+18 -18
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@@ -1,4 +1,4 @@
Wir haben bereits die elektrische Spannung kennengelernt. Fassen wir nochmal zusammen: Trennt man gezielt positive von negativen Ladungen, z. B. in einer Batterie, dann versuchen diese Ladungen wieder zusammenzukommen. Es liegt eine elektrische Spannung vor, z. B. zwischen den Polen der Batterie. Gemessen wird die elektrische Spannung in der Einheit Volt, die mit V abgekürzt wird. Wir haben bereits die elektrische Spannung kennengelernt. Fassen wir nochmal zusammen: Trennt man gezielt positive von negativen Ladungen, z. B. in einer Batterie, dann versuchen diese Ladungen wieder zusammenzukommen. Es liegt eine elektrische Spannung vor, z. B. zwischen den Polen der Batterie. Gemessen wird die elektrische Spannung in der Einheit Volt, die mit $\unit{V}$ abgekürzt wird.
<person> <person>
Die Einheit Volt ist nach dem italienischen Physiker *Alessandro Volta* benannt. Die Einheit Volt ist nach dem italienischen Physiker *Alessandro Volta* benannt.
@@ -8,44 +8,44 @@ Die Einheit Volt ist nach dem italienischen Physiker *Alessandro Volta* benannt.
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In der Funktechnik kommen sowohl sehr große als auch sehr kleine Spannungen vor. Wie bei der Frequenz helfen uns Einheitenvorzeichen, große Werte anzugeben. 1 kHz steht für 1000 Hz. Genauso ist es bei Spannungen: 1 kV bedeutet 1000 V. Die wichtigsten Einheitenvorzeichen werden in der Tabelle [ref:n_spannung_einheitenvorzeichen] anhand der Einheit Volt vorgestellt. In der Funktechnik kommen sowohl sehr große als auch sehr kleine Spannungen vor. Wie bei der Frequenz helfen uns Einheitenvorzeichen, große Werte anzugeben. $\qty{1}{\kilo\hertz}$ steht für $\qty{1000}{\hertz}$. Genauso ist es bei Spannungen: $\qty{1}{\kilo\volt}$ bedeutet $\qty{1000}{\volt}$. Die wichtigsten Einheitenvorzeichen werden in der Tabelle [ref:n_spannung_einheitenvorzeichen] anhand der Einheit Volt vorgestellt.
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| l: Bezeichnung | r: Abk. | X: Wert | | l: Bezeichnung | r: Abk. | X: Wert |
| 1 Kilovolt | 1 kV | 1000 V | | 1 Kilovolt | $\qty{1}{\kilo\volt}$ | $\qty{1000}{\volt}$ |
| 1 Megavolt | 1 MV | 1000000 V | | 1 Megavolt | $\qty{1}{\mega\volt}$ | $\qty{1000000}{\volt}$ |
| 1 Gigavolt | 1 GV | 1000000000 V | | 1 Gigavolt | $\qty{1}{\giga\volt}$ | $\qty{1000000000}{\volt}$ |
[table:n_spannung_einheitenvorzeichen:Kurzschreibweise für große Spannungen] [table:n_spannung_einheitenvorzeichen:Kurzschreibweise für große Spannungen]
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| l: Bezeichnung | r: Abkürzung | X: Wert | | l: Bezeichnung | r: Abkürzung | X: Wert |
| 1 Mikrovolt | 1 μV | 0,000001 V | | 1 Mikrovolt | $\qty{1}{\micro\volt}$ | $\qty{0,000001}{\volt}$ |
| 1 Millivolt | 1 mV | 0,001 V | | 1 Millivolt | $\qty{1}{\milli\volt}$ | $\qty{0,001}{\volt}$ |
| 1 Volt | 1 V | 1 V | | 1 Volt | $\qty{1}{\volt}$ | $\qty{1}{\volt}$ |
[table:n_spannung_einheitenvorzeichen_2:Kurzschreibweisen für kleine Spannungen] [table:n_spannung_einheitenvorzeichen_2:Kurzschreibweisen für kleine Spannungen]
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Es gibt aber auch Einheitenvorzeichen für sehr kleine Werte. Wir kennen das beispielsweise vom Milliliter (ml): 1 Liter sind 1000 ml. Die wichtigsten Einheitenvorzeichen werden in der Tabelle [ref:n_spannung_einheitenvorzeichen_2] anhand der Einheit Volt vorgestellt. 1 mV ist beispielsweise dasselbe wie 0,001 V. Umgekehrt entsprechen 1000 mV genau 1 V. Es gibt aber auch Einheitenvorzeichen für sehr kleine Werte. Wir kennen das beispielsweise vom Milliliter ($\unit{\milli\liter}$): 1 Liter sind $\qty{1000}{\milli\liter}$. Die wichtigsten Einheitenvorzeichen werden in der Tabelle [ref:n_spannung_einheitenvorzeichen_2] anhand der Einheit Volt vorgestellt. $\qty{1}{\milli\volt}$ ist beispielsweise dasselbe wie $\qty{0,001}{\volt}$. Umgekehrt entsprechen $\qty{1000}{\milli\volt}$ genau $\qty{1}{\volt}$.
<webmargin> <webmargin>
| l: Spannungsquelle | r: | c: | l: | | l: Spannungsquelle | r: | c: | l: |
| Empfängereingang | 10 μV | = | 0,00001 V | | Empfängereingang | $\qty{10}{\micro\volt}$ | = | $\qty{0,00001}{\volt}$ |
| Mikrofon | 200 mV | = | 0,2 V | | Mikrofon | $\qty{200}{\milli\volt}$ | = | $\qty{0,2}{\volt}$ |
| Batterie | 1,5 V | = | 1,5 V | | Batterie | $\qty{1,5}{\volt}$ | = | $\qty{1,5}{\volt}$ |
| Steckdose | 230 V | = | 230 V | | Steckdose | $\qty{230}{\volt}$ | = | $\qty{230}{\volt}$ |
| elektrostatisch aufgeladenen Antenne | 1,5 kV | = | 1500 V | | elektrostatisch aufgeladenen Antenne | $\qty{1,5}{\kilo\volt}$ | = | $\qty{1500}{\volt}$ |
| Höchstspannungsleitung | 380 kV | = | 380000 V | | Höchstspannungsleitung | $\qty{380}{\kilo\volt}$ | = | $\qty{380000}{\volt}$ |
[table:spannung_beispiele:Beispiele für Spannungen] [table:spannung_beispiele:Beispiele für Spannungen]
</webmargin> </webmargin>
Betrachten wir einige Beispiele für große und kleine Spannungen. Eine ganz besonders kleine Spannung liegt an einer Antenne beim Empfang an. Die aufgenommenen Funkwellen sind so schwach, dass die elektrischen Schwingungen nur eine Spannung von etwa 10 μV aufweisen. Wenn wir in ein Mikrofon sprechen, entstehen bereits etwas höhere Spannungen von ca. 200 mV. Betrachten wir einige Beispiele für große und kleine Spannungen. Eine ganz besonders kleine Spannung liegt an einer Antenne beim Empfang an. Die aufgenommenen Funkwellen sind so schwach, dass die elektrischen Schwingungen nur eine Spannung von etwa $\qty{10}{\micro\volt}$ aufweisen. Wenn wir in ein Mikrofon sprechen, entstehen bereits etwas höhere Spannungen von ca. $\qty{200}{\milli\volt}$.
Ein wenig größer ist die Spannung, die üblicherweise an einer Batterie anliegt, beispielsweise 1,5 V oder 9 V. Noch etwas größer ist die Spannung an Steckdosen im Haushalt. Diese beträgt bereits 230 V. Bei Gewitter oder Regen kann sich eine Antenne elektrisch aufladen. Dann kann an ihr eine Spannung von beispielsweise 1,5 kV anliegen. Besonders hohe Spannungen finden sich an den Hochspannungsleitungen im Stromnetz. Hier kann man bis zu 380 kV antreffen. Ein wenig größer ist die Spannung, die üblicherweise an einer Batterie anliegt, beispielsweise $\qty{1,5}{\volt}$ oder $\qty{9}{\volt}$. Noch etwas größer ist die Spannung an Steckdosen im Haushalt. Diese beträgt bereits $\qty{230}{\volt}$. Bei Gewitter oder Regen kann sich eine Antenne elektrisch aufladen. Dann kann an ihr eine Spannung von beispielsweise $\qty{1,5}{\kilo\volt}$ anliegen. Besonders hohe Spannungen finden sich an den Hochspannungsleitungen im Stromnetz. Hier kann man bis zu $\qty{380}{\kilo\volt}$ antreffen.
Für die nächste Aufgabe müssen wir daran denken, dass 1 V das Gleiche ist wie 1000 mV. Dann sollte die Aufgabe leicht lösbar sein. Für die nächste Aufgabe müssen wir daran denken, dass $\qty{1}{\volt}$ das Gleiche ist wie $\qty{1000}{\milli\volt}$. Dann sollte die Aufgabe leicht lösbar sein.
[question:NA208] [question:NA208]
+3 -3
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@@ -1,4 +1,4 @@
Spannungen kann man mit einem Messgerät ermitteln. Dabei ist es sehr wichtig, das Messgerät richtig einzustellen und an den richtigen Stellen zu messen. Spannungen misst man mit einem Spannungsmessgerät. Da Spannungen in *Volt* (V) gemessen werden, ist das Schaltsymbol für ein Spannungsmessgerät ein Kreis mit einem V, wie in Abbildung [ref:n_messgeraete_symbol_spannungsmessgerät] gezeigt. Spannungen kann man mit einem Messgerät ermitteln. Dabei ist es sehr wichtig, das Messgerät richtig einzustellen und an den richtigen Stellen zu messen. Spannungen misst man mit einem Spannungsmessgerät. Da Spannungen in *Volt* ($\unit{V}$) gemessen werden, ist das Schaltsymbol für ein Spannungsmessgerät ein Kreis mit einem V, wie in Abbildung [ref:n_messgeraete_symbol_spannungsmessgerät] gezeigt.
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[picture:625:n_messgeraete_symbol_spannungsmessgerät:Schaltsymbol Spannungsmessgerät] [picture:625:n_messgeraete_symbol_spannungsmessgerät:Schaltsymbol Spannungsmessgerät]
@@ -25,14 +25,14 @@ Um Spannungen zu messen, ist am Messgerät die Spannungsmessung auszuwählen. M
Die meisten Multimeter verfügen über unterschiedliche Messbereiche für kleine und große Spannungen. Da vor dem Messen meist unklar ist, welche Größenordnung zu erwarten ist, sollte man am Anfang immer den größtmöglichen Messbereich wählen, um dem Gerät keinen Schaden zuzufügen. Je nach angezeigtem Messwert wird anschließend auf einen Messbereich für kleinere Werte umgeschaltet. Die meisten Multimeter verfügen über unterschiedliche Messbereiche für kleine und große Spannungen. Da vor dem Messen meist unklar ist, welche Größenordnung zu erwarten ist, sollte man am Anfang immer den größtmöglichen Messbereich wählen, um dem Gerät keinen Schaden zuzufügen. Je nach angezeigtem Messwert wird anschließend auf einen Messbereich für kleinere Werte umgeschaltet.
Verwechselt man Strom- und Spannungsmessung oder überschreitet die Messbereichseinstellung, kann das Messgerät einen Schaden erleiden. Vor der Messung sollte man außerdem an das denken, was wir zu Gefahren von elektrischem Strom gelernt haben: Wechselspannungen größer 50 V und Gleichspannungen größer 120 V können lebensgefährlich sein! Verwechselt man Strom- und Spannungsmessung oder überschreitet die Messbereichseinstellung, kann das Messgerät einen Schaden erleiden. Vor der Messung sollte man außerdem an das denken, was wir zu Gefahren von elektrischem Strom gelernt haben: Wechselspannungen größer $\qty{50}{\volt}$ und Gleichspannungen größer $\qty{120}{\volt}$ können lebensgefährlich sein!
</webtip> </webtip>
[question:NI101] [question:NI101]
[question:NI103] [question:NI103]
Wie wir bereits im Kapitel Strom- und Spannungsversorgung gelernt haben, kann man mehrere Batterien in Serie schalten, um eine höhere Spannung zu erhalten. Dazu wird der Pluspol der einen Batterie mit dem Minuspol der anderen Batterie verbunden. Die beiden Einzelspannungen der Batterie addieren sich dann. Schaltet man hingegen zwei Batterien so in Reihe, dass gleiche Pole miteinander verbunden sind, dann subtrahieren sich die Spannungen. Falls beide Batterien die gleiche Spannung haben, wird man keine Spannung, also 0 V, messen. Wie wir bereits im Kapitel Strom- und Spannungsversorgung gelernt haben, kann man mehrere Batterien in Serie schalten, um eine höhere Spannung zu erhalten. Dazu wird der Pluspol der einen Batterie mit dem Minuspol der anderen Batterie verbunden. Die beiden Einzelspannungen der Batterie addieren sich dann. Schaltet man hingegen zwei Batterien so in Reihe, dass gleiche Pole miteinander verbunden sind, dann subtrahieren sich die Spannungen. Falls beide Batterien die gleiche Spannung haben, wird man keine Spannung, also $\qty{0}{\volt}$, messen.
[question:NB205] [question:NB205]
+6 -6
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@@ -1,4 +1,4 @@
Wir haben auch schon gelernt: Sobald man einen elektrischen Verbraucher wie eine Lampe an die beiden Pole einer Spannungsquelle anschließt, fangen die getrennten elektrischen Ladungen an sich zu bewegen. Wir nennen dies einen *geschlossenen Stromkreis*, in dem ein elektrischer Strom fließt. Abhängig davon, wie groß eine Spannung ist und was für ein Verbraucher angeschlossen wird, fließt mehr oder weniger Strom. Wir sprechen von der *elektrischen Stromstärke*, die in der Einheit Ampere mit der Abkürzung A angegeben wird. Wir haben auch schon gelernt: Sobald man einen elektrischen Verbraucher wie eine Lampe an die beiden Pole einer Spannungsquelle anschließt, fangen die getrennten elektrischen Ladungen an sich zu bewegen. Wir nennen dies einen *geschlossenen Stromkreis*, in dem ein elektrischer Strom fließt. Abhängig davon, wie groß eine Spannung ist und was für ein Verbraucher angeschlossen wird, fließt mehr oder weniger Strom. Wir sprechen von der *elektrischen Stromstärke*, die in der Einheit Ampere mit der Abkürzung $\unit{\ampere}$ angegeben wird.
<person> <person>
Die Einheit Ampere ist nach dem französischem Physiker und Mathematiker *André-Marie Ampère* benannt, der in den 1820er Jahren die elektrische Spannung und den elektrischen Strom wissenschaftlich erklärte. Die Einheit Ampere ist nach dem französischem Physiker und Mathematiker *André-Marie Ampère* benannt, der in den 1820er Jahren die elektrische Spannung und den elektrischen Strom wissenschaftlich erklärte.
@@ -8,17 +8,17 @@ Die Einheit Ampere ist nach dem französischem Physiker und Mathematiker *André
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Schauen wir uns wieder einige Beispiele an: Durch eine Leuchtdiode (LED) fließen beispielsweise 5 mA Strom. Bei einem Transceiver im Empfangsbetrieb sind es z. B. schon 900 mA, also fast ein Ampere. Durch einen Transceiver im Sendebetrieb kann schon wesentlich mehr Strom fließen, beispielsweise 21 A. Schauen wir uns wieder einige Beispiele an: Durch eine Leuchtdiode (LED) fließen beispielsweise $\qty{5}{\milli\ampere}$ Strom. Bei einem Transceiver im Empfangsbetrieb sind es z. B. schon $\qty{900}{\milli\ampere}$, also fast ein Ampere. Durch einen Transceiver im Sendebetrieb kann schon wesentlich mehr Strom fließen, beispielsweise $\qty{21}{\ampere}$.
<webmargin> <webmargin>
| l: Verbraucher | r: | c: | l: | | l: Verbraucher | r: | c: | l: |
| Leuchtdiode (LED) | 5 mA | = | 0,005 A | | Leuchtdiode (LED) | $\qty{5}{\milli\ampere}$ | = | $\qty{0,005}{\ampere}$ |
| Transceiver im Empfangsbetrieb | 900 mA | = | 0,9 A | | Transceiver im Empfangsbetrieb | $\qty{900}{\milli\ampere}$ | = | $\qty{0,9}{\ampere}$ |
| Transceiver im Sendebetrieb | 21 A | = | 21 A | | Transceiver im Sendebetrieb | $\qty{21}{\ampere}$ | = | $\qty{21}{\ampere}$ |
[table:strom_beispiele:Beispiele für Ströme] [table:strom_beispiele:Beispiele für Ströme]
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Um die folgende Aufgabe zu lösen, müssen wir uns klar machen, dass 1 mA das gleiche ist wie 0,001 A. Beim Lösen muss man aber aufpassen, mit den Nullen nach dem Komma nicht durcheinander zu kommen: Wenn 1 mA dasselbe wie 0,001 A ist, dann ist 10 mA dasselbe wie 0,010 A. Demzufolge ist 40 mA also 0,040 A. Schlußendlich entspricht 42 mA also 0,042 A. Um die folgende Aufgabe zu lösen, müssen wir uns klar machen, dass $\qty{1}{\milli\ampere}$ das gleiche ist wie $\qty{0,001}{\ampere}$. Beim Lösen muss man aber aufpassen, mit den Nullen nach dem Komma nicht durcheinander zu kommen: Wenn $\qty{1}{\milli\ampere}$ dasselbe wie $\qty{0,001}{\ampere}$ ist, dann ist $\qty{10}{\milli\ampere}$ dasselbe wie $\qty{0,010}{\ampere}$. Demzufolge ist $\qty{40}{\milli\ampere}$ also $\qty{0,040}{\ampere}$. Schlußendlich entspricht $\qty{42}{\milli\ampere}$ also $\qty{0,042}{\ampere}$.
[question:NA209] [question:NA209]
+3 -3
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@@ -1,4 +1,4 @@
Während Spannungsmessgeräte die Spannung messen, messen Strommessgeräte den elektrischen Strom. Die Messung erfolgt in in *Ampere* (A). Entsprechend ist das Schaltsymbol des Strommessgeräts der Kreis mit einem A, wie in der Abbildung [ref:n_messgeraete_symbol_strommessgerät] gezeigt. Während Spannungsmessgeräte die Spannung messen, messen Strommessgeräte den elektrischen Strom. Die Messung erfolgt in in *Ampere* ($\unit{A}$). Entsprechend ist das Schaltsymbol des Strommessgeräts der Kreis mit einem A, wie in der Abbildung [ref:n_messgeraete_symbol_strommessgerät] gezeigt.
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[picture:624:n_messgeraete_symbol_strommessgerät:Schaltsymbol Strommessgerät] [picture:624:n_messgeraete_symbol_strommessgerät:Schaltsymbol Strommessgerät]
@@ -15,13 +15,13 @@ Strommessgeräte haben selber keinen Widerstand wie ein Verbraucher, damit sie w
</danger> </danger>
<webtip> <webtip>
Strom wird - wie Spannung - ebenfalls meistens mit einem Multimeter gemessen. Auch hier ist es wichtig, zunächst die Messleitungen mit den richtigen Anschlüssen des Messgeräts zu verbinden. Die schwarze Messleitung kommt in den "COM"-Anschluss und die rote Messleitung an den Anschluss, der in der Regel mit A beschriftet ist. Oft haben Messgeräte für die Strommessung mehrere Anschlüsse, die für den eingestellten Messbereich passend zu wählen sind. Je nach Messbereich sind diese dann beispielsweise mit "μA", "mA" oder "A" beschriftet. Strom wird - wie Spannung - ebenfalls meistens mit einem Multimeter gemessen. Auch hier ist es wichtig, zunächst die Messleitungen mit den richtigen Anschlüssen des Messgeräts zu verbinden. Die schwarze Messleitung kommt in den "COM"-Anschluss und die rote Messleitung an den Anschluss, der in der Regel mit A beschriftet ist. Oft haben Messgeräte für die Strommessung mehrere Anschlüsse, die für den eingestellten Messbereich passend zu wählen sind. Je nach Messbereich sind diese dann beispielsweise mit "$\unit{\micro\ampere}$", "$\unit{\milli\ampere}$" oder "$\unit{\ampere}$" beschriftet.
Ähnlich der Spannungsmessung ist die richtige Einstellung am Messgerät zu wählen. Möchte man Gleichstrom messen, wählt man "A =". Will man hingegen Wechselstrom messen, dann ist "A ~" einzustellen. Ähnlich der Spannungsmessung ist die richtige Einstellung am Messgerät zu wählen. Möchte man Gleichstrom messen, wählt man "A =". Will man hingegen Wechselstrom messen, dann ist "A ~" einzustellen.
Ebenfalls entsprechend zur Spannungsmessung verhält es sich mit dem Messbereich: Zu Beginn sollte der größte Messbereich gewählt werden und dann - je nach Anzeigewert - bei Bedarf auf einen kleinen Messbereich gewechselt werden. Es kann dann auch erforderlich sein, die rote Messleitung in den zum Messbereich passenden Anschluss umzustecken. Ebenfalls entsprechend zur Spannungsmessung verhält es sich mit dem Messbereich: Zu Beginn sollte der größte Messbereich gewählt werden und dann - je nach Anzeigewert - bei Bedarf auf einen kleinen Messbereich gewechselt werden. Es kann dann auch erforderlich sein, die rote Messleitung in den zum Messbereich passenden Anschluss umzustecken.
Und auch hier noch einmal der Hinweis: Wechselspannungen größer 50 V und Gleichspannungen größer 120 V können lebensgefährlich sein. Und auch hier noch einmal der Hinweis: Wechselspannungen größer $\qty{50}{\volt}$ und Gleichspannungen größer $\qty{120}{\volt}$ können lebensgefährlich sein.
</webtip> </webtip>
[question:NI102] [question:NI102]
+1 -1
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@@ -20,7 +20,7 @@ $P_\text{Wechselstrom} = \dfrac {\hat{U} \cdot \hat{I}} {\sqrt{2} \cdot \sqrt{2}
[question:AB301] [question:AB301]
Der Lösungsweg für die Frage AB301 ergibt somit: Der Lösungsweg für die Frage AB301 ergibt somit:
$P=I_\text{eff}^2 \cdot R = \left(\dfrac{0,5 \text{A}} {\sqrt{2}}\right)^2 \cdot 20 \Omega = 0,125 \cdot 20 = 2,5 \text{W}$ $P=I_\text{eff}^2 \cdot R = \left(\dfrac{\qty{0,5}{\ampere}}{\sqrt{2}}\right)^2 \cdot \qty{20}{\ohm} = \qty{0,125}{\ampere\squared} \cdot \qty{20}{\ohm} = \qty{2,5}{\watt}$
%TODO: Folgenden Text kürzen und vereinfachen! %TODO: Folgenden Text kürzen und vereinfachen!
+2 -2
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@@ -12,7 +12,7 @@ Den elektrischen Widerstand haben wir bereits im Zusammenhang mit dem ohmschen G
| l: Widerstand | X: Eigenschaft | | l: Widerstand | X: Eigenschaft |
| Drahtwiderstände | Hochlastwiderstände für niedrige Frequenzen | | Drahtwiderstände | Hochlastwiderstände für niedrige Frequenzen |
| Metallschichtwiderstände | Geringe Fertigungstoleranzen und Temperaturabhängigkeit, Präzisionswiderstände | | Metallschichtwiderstände | Geringe Fertigungstoleranzen und Temperaturabhängigkeit, Präzisionswiderstände |
| Metalloxidschichtwiderstände | Für Frequenzen oberhalb von 30 MHz | | Metalloxidschichtwiderstände | Für Frequenzen oberhalb von $\qty{30}{\mega\hertz}$ |
[table:e_eigenschaften_widerstaende:Übersicht der Eigenschaften] [table:e_eigenschaften_widerstaende:Übersicht der Eigenschaften]
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@@ -25,7 +25,7 @@ Im Folgenden gehen wir auf diese Materialien genauer ein - eine Zusammenfassung
Bei Kohleschichtwiderständen wird als Widerstandswerkstoff eine dünne Kohleschicht auf einen Träger aufgedampft. Kohleschichtwiderstände sind kostengünstig, weisen jedoch eine vergleichsweise große Fertigungstoleranz auf. Bei Kohleschichtwiderständen wird als Widerstandswerkstoff eine dünne Kohleschicht auf einen Träger aufgedampft. Kohleschichtwiderstände sind kostengünstig, weisen jedoch eine vergleichsweise große Fertigungstoleranz auf.
Bei *Metalloxidschichtwiderständen* wird das Widerstandsmaterial in Form einer dünnen Schicht auf ein Trägermaterial aufgebracht. Diese Widerstandsart ist weitgehend induktionsarm und weist eine gute Temperaturstabilität auf, sodass sie sich besonders für den Einsatz bei höheren Frequenzen oberhalb von 30 MHz eignet. Bei *Metalloxidschichtwiderständen* wird das Widerstandsmaterial in Form einer dünnen Schicht auf ein Trägermaterial aufgebracht. Diese Widerstandsart ist weitgehend induktionsarm und weist eine gute Temperaturstabilität auf, sodass sie sich besonders für den Einsatz bei höheren Frequenzen oberhalb von $\qty{30}{\mega\hertz}$ eignet.
%EC103 induktionsarm 30Mhz - >Metalloxid %EC103 induktionsarm 30Mhz - >Metalloxid
[question:EC103] [question:EC103]
+1 -1
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@@ -12,7 +12,7 @@ Abbildung [ref:e_smd] zeigt einen SMD-Widerstand. Zur Kennzeichnung des Widersta
[picture:1006:e_smd:SMD-Bauteil] [picture:1006:e_smd:SMD-Bauteil]
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In unserem Beispiel erhalten wir also: $11 \cdot 10^3$ also $\qty{11000}{\ohm}$ Ohm bzw.$\qty{11}{\kilo\ohm}$. In unserem Beispiel erhalten wir also: $11 \cdot 10^3$ also $\qty{11000}{\ohm}$ Ohm bzw. $\qty{11}{\kilo\ohm}$.
[question:EC114] [question:EC114]
[question:EC115] [question:EC115]
+4 -4
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@@ -1,17 +1,17 @@
%TODO: Nach LaTeX umformatieren %TODO: Nach LaTeX umformatieren
Im Kapitel zu den Widerstandsfarbcodes haben wir den Begriff der Toleranz bereits kurz kennengelernt. Die Toleranz eines Widerstands beschreibt, wie stark sein tatsächlicher Wert vom nominalen, also aufgedruckten, Wert abweichen darf. Sie wird üblicherweise in Prozent angegeben und legt den Bereich fest, innerhalb dessen der reale Widerstandswert liegen kann. Im Kapitel zu den Widerstandsfarbcodes haben wir den Begriff der Toleranz bereits kurz kennengelernt. Die Toleranz eines Widerstands beschreibt, wie stark sein tatsächlicher Wert vom nominalen, also aufgedruckten, Wert abweichen darf. Sie wird üblicherweise in Prozent angegeben und legt den Bereich fest, innerhalb dessen der reale Widerstandswert liegen kann.
Beispielsweise bedeutet eine Toleranz von ±5%, dass der tatsächliche Widerstandswert zwischen 95% und 105% des angegebenen Wertes liegen kann. Beispielsweise bedeutet eine Toleranz von $\qty{\pm 5}{\percent}$, dass der tatsächliche Widerstandswert zwischen $\qty{95}{\percent}$ und $\qty{105}{\percent}$ des angegebenen Wertes liegen kann.
Angenommen, Du hast einen Widerstand mit einem nominalen Wert von 1000 Ohm (1 kΩ) und einer Toleranz von ±5%. Da 5% von 1000 Ohm genau 50 Ohm sind, kann der tatsächliche Widerstandswert also um ±50 Ohm abweichen. Der tatsächliche Widerstandswert dieses 1-kΩ-Widerstands mit 5%-Toleranz könnte also zwischen 950 Ohm und 1050 Ohm liegen. Angenommen, Du hast einen Widerstand mit einem nominalen Wert von $\qty{1000}{\ohm}$ ($\qty{1}{\kilo\ohm}$) und einer Toleranz von $\qty{\pm 5}{\percent}$. Da $\qty{5}{\percent}$ von $\qty{1000}{\ohm}$ Ohm genau $\qty{50}{\ohm}$ sind, kann der tatsächliche Widerstandswert also um $\qty{\pm 50}{\ohm}$ abweichen. Der tatsächliche Widerstandswert dieses $\qty{1}{\kilo\ohm}$-Widerstands mit $\qty{5}{\percent}$-Toleranz könnte also zwischen $\qty{950}{\ohm}$ und $\qty{1050}{\ohm}$ liegen.
Die gebräuchlichsten Toleranzen bei Widerständen sind ±1%, ±2%, ±5% und ±10%. Widerstände mit geringerer Toleranz (z.B. ±1%) sind genauer, werden aber oft auch teurer. Toleranzen sind besonders wichtig, wenn Schaltungen hohe Präzision erfordern, wie bei Messgeräten oder empfindlichen Sensoren. In solchen Fällen werden häufig Widerstände mit kleiner Toleranz (±1% oder weniger) verwendet. Die gebräuchlichsten Toleranzen bei Widerständen sind $\qty{\pm 1}{\percent}$, $\qty{\pm 2}{\percent}$, $\qty{\pm 5}{\percent}$ und $\qty{\pm 10}{\percent}$. Widerstände mit geringerer Toleranz (z.B. $\qty{\pm 1}{\percent}$) sind genauer, werden aber oft auch teurer. Toleranzen sind besonders wichtig, wenn Schaltungen hohe Präzision erfordern, wie bei Messgeräten oder empfindlichen Sensoren. In solchen Fällen werden häufig Widerstände mit kleiner Toleranz ($\qty{\pm 1}{\percent}$ oder weniger) verwendet.
%EC112 %EC112
%alles bereits bei widerstandsfarbcode beantwortet %alles bereits bei widerstandsfarbcode beantwortet
[question:EC112] [question:EC112]
Für die folgende Frage erinnern wir uns – oder schlagen es in der Formelsammlung nach, dass die Farbe Silber einer Toleranz von ±10 % entspricht. Für die folgende Frage erinnern wir uns – oder schlagen es in der Formelsammlung nach, dass die Farbe Silber einer Toleranz von $\qty{\pm 10}{\percent}$ entspricht.
%EC113 %EC113
[question:EC113] [question:EC113]
+16 -16
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@@ -1,4 +1,4 @@
Wir haben nun den Widerstand und seine Einheit Ω (Ohm) kennengelernt. In der Praxis wird auf Widerständen allerdings meistens nicht der Zahlenwert aufgedruckt. Stattdessen werden Farbringe verwendet. Diese Farbringe kodieren den Wert des Widerstandes. Wir haben nun den Widerstand und seine Einheit $\unit{\ohm}$ (Ohm) kennengelernt. In der Praxis wird auf Widerständen allerdings meistens nicht der Zahlenwert aufgedruckt. Stattdessen werden Farbringe verwendet. Diese Farbringe kodieren den Wert des Widerstandes.
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[picture:665:n_widerstandsfarbcodes: Ein Widerstand mit 4 Farbringen] [picture:665:n_widerstandsfarbcodes: Ein Widerstand mit 4 Farbringen]
@@ -11,25 +11,25 @@ Die Abbildung [ref:n_widerstandsfarbcodes] zeigt einen Widerstand mit vier Farbr
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| X:Farbe | l:Wert | l:Multiplikator | l:Toleranz | | X:Farbe | l:Wert | l:Multiplikator | l:Toleranz |
| Silber | - | 0,01 | ±10% | | Silber | - | $\num{0,01}$ | $\qty{\pm 10}{\percent}$ |
| Gold | - | 0,1| ±5% | | Gold | - | $\num{0,1}$ | $\qty{\pm 5}{\percent}$ |
| Schwarz | 0 | 1 | - | | Schwarz | 0 | $\num{1}$ | - |
| Braun | 1 | 10 | ±1% | | Braun | 1 | $\num{10}$ | $\qty{\pm 1}{\percent}$ |
| Rot | 2 | 100 | ±2% | | Rot | 2 | $\num{100}$ | $\qty{\pm 2}{\percent}$ |
| Orange| 3 | 1000 | - | | Orange| 3 | $\num{1000}$ | - |
| Gelb | 4 | 10000 | - | | Gelb | 4 | $\num{10000}$ | - |
| Grün | 5 | 100000 | - | | Grün | 5 | $\num{100000}$ | - |
| Blau | 6 | 1000000 | ±0,25%| | Blau | 6 | $\num{1000000}$ | $\qty{\pm 0,25}{\percent}$ |
| Violett | 7 | 10000000 | ±0,1%| | Violett | 7 | $\num{10000000}$ | $\qty{\pm 0,1}{\percent}$ |
| Grau | 8 | 100000000 | - | | Grau | 8 | $\num{100000000}$ | - |
| Weiß | 9 | 1000000000 | - | | Weiß | 9 | $\num{1000000000}$ | - |
| Keine | - | - | ±20%| | Keine | - | - | $\qty{\pm 20}{\percent}$ |
[table:n_widerstandsfarbcodes_tabelle:Widerstandsfarbcodes Tabelle] [table:n_widerstandsfarbcodes_tabelle:Widerstandsfarbcodes Tabelle]
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Der erste und der zweite Ring zusammen ergeben die Zahl 47. Wenn man diese Zahl mit dem Multiplikator multipliziert, kann man den Wert des Widerstandes berechnen: Der erste und der zweite Ring zusammen ergeben die Zahl 47. Wenn man diese Zahl mit dem Multiplikator multipliziert, kann man den Wert des Widerstandes berechnen:
$ 47 \cdot 1000 \ Ω = 47000 \ Ω = 47 \ \text{kΩ} $ $ 47 \cdot \qty{1000}{\ohm} = \qty{47000}{\ohm} = \qty{47}{\kilo\ohm} $
--- ---
@@ -37,7 +37,7 @@ Es bleibt noch ein vierter Farbring übrig. Dieser steht für die sogenannte Tol
Weitere Details dazu folgen in der Klasse E. Weitere Details dazu folgen in der Klasse E.
<indepth> <indepth>
*Vertiefung:* In unserem Beispiel ist der letzte Ring *silber*, was eine Toleranz von ±10% bedeutet. Der wahre Wert des Widerstandes kann 10% von 47 kΩ = 4,7 kΩ mehr oder weniger als der angegebene Wert sein. Er kann also zwischen 42,3 kΩ und 51,7 kΩ liegen. *Vertiefung:* In unserem Beispiel ist der letzte Ring *silber*, was eine Toleranz von $\qty{\pm 10}{\percent}$ bedeutet. Der wahre Wert des Widerstandes kann $\qty{10}{\percent} \cdot \qty{47}{\kilo\ohm} = \qty{4,7}{\kilo\ohm}$ mehr oder weniger als der angegebene Wert sein. Er kann also zwischen $\qty{42,3}{\kilo\ohm}$ und $\qty{51,7}{\kilo\ohm}$ liegen.
</indepth> </indepth>
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@@ -1,13 +1,13 @@
Zeigerinstrumente haben im Amateurfunk auch heute noch ihre Bedeutung nicht verloren. Viele Messgeräte wie Multimeter oder SWR-Meter arbeiten weiterhin mit Zeigeranzeigen. Während bei digitalen Anzeigen oft die letzte Stelle hin- und herspringt, bleibt ein Zeiger stabil. Änderungen des Messwerts sind sofort erkennbar und oft intuitiv ables- und interpretierbar. Deshalb setzen auch viele digitale Funkgeräte oder SDR-Programme weiterhin auf animierte Zeigeranzeigen. Zeigerinstrumente haben im Amateurfunk auch heute noch ihre Bedeutung nicht verloren. Viele Messgeräte wie Multimeter oder SWR-Meter arbeiten weiterhin mit Zeigeranzeigen. Während bei digitalen Anzeigen oft die letzte Stelle hin- und herspringt, bleibt ein Zeiger stabil. Änderungen des Messwerts sind sofort erkennbar und oft intuitiv ables- und interpretierbar. Deshalb setzen auch viele digitale Funkgeräte oder SDR-Programme weiterhin auf animierte Zeigeranzeigen.
Abbildung [ref:e_zeigerinstrument_strom] zeigt ein Analoges Multimeter mit Zeigeranzeige. Wie bei digitalen Messgeräten sollte man auch bei Zeigerinstrumenten jede Messung im höchsten Messbereich beginnen. Das ist hier besonders wichtig: Ist der Messbereich zu niedrig eingestellt – etwa auf 10 V, während tatsächlich 100 V anliegen – schlägt der Zeiger nach rechts aus, prallt an den Anschlag und kann das Messgerät so beschädigen. Nach der ersten Messung im hohen Bereich kann auf den kleinsten Bereich heruntergeschaltet, der den Wert noch darstellen kann. So ist ein Ablesen sehr genau möglich. Abbildung [ref:e_zeigerinstrument_strom] zeigt ein Analoges Multimeter mit Zeigeranzeige. Wie bei digitalen Messgeräten sollte man auch bei Zeigerinstrumenten jede Messung im höchsten Messbereich beginnen. Das ist hier besonders wichtig: Ist der Messbereich zu niedrig eingestellt – etwa auf $\qty{10}{\volt}$, während tatsächlich $\qty{100}{\volt}$ anliegen – schlägt der Zeiger nach rechts aus, prallt an den Anschlag und kann das Messgerät so beschädigen. Nach der ersten Messung im hohen Bereich kann auf den kleinsten Bereich heruntergeschaltet, der den Wert noch darstellen kann. So ist ein Ablesen sehr genau möglich.
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[photo:197:e_zeigerinstrument_strom:Hier ist der Messbereich 300 mA eingestellt. Das Gerät zeigt etwa 37 mA an.] [photo:197:e_zeigerinstrument_strom:Hier ist der Messbereich $\qty{300}{\milli\ampere}$ eingestellt. Das Gerät zeigt etwa $\qty{37}{\milli\ampere}$ an.]
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<tip> <tip>
Bei schräger Blickrichtung scheint der Zeiger einen falschen Wert anzuzeigen. In Abbildung [ref:e_zeigerinstrument_parallaxenfehler] würde man statt 7 Volt nur etwas mehr als 6,9 Volt ablesen. Dieser Effekt heißt Parallaxenfehler. Bei schräger Blickrichtung scheint der Zeiger einen falschen Wert anzuzeigen. In Abbildung [ref:e_zeigerinstrument_parallaxenfehler] würde man statt $\qty{7}{\volt}$ nur etwas mehr als $\qty{6,9}{\volt}$ ablesen. Dieser Effekt heißt Parallaxenfehler.
[photo:196:e_zeigerinstrument_parallaxenfehler:ungünstiger Blickwinkel auf eine Skala] [photo:196:e_zeigerinstrument_parallaxenfehler:ungünstiger Blickwinkel auf eine Skala]