Lineare Quellen

Ein Netzgerät mit einer Leerlaufspannung von und einem als linear angenommenen Innenwiderstand von , wird an einen Bleiakkumulator mit einer Leerlaufspannung von angeschlossen. Es stellt sich eine Spannung am Akku von ein.

Wie groß ist der Innenwiderstand des Akkumulators?

Mit Hilfe zwei verschiedener Lastwiderstände wollen Sie die Kenngrößen einer linearen Quelle messtechnisch ermitteln. Hierzu schließen Sie nacheinander die Lastwiderstände an die Quelle an und messen die dazugehörige Spannung .

Die Ergebnisse der Messung werden in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

Wie groß sind die Leerlaufspannung und der Innenwiderstand der Quelle?

Bei einer realen (widerstandsbehafteten) elektrische Quelle beträgt die Leerlaufspannung (Bild a).
Liefert die Quelle einen Strom von , so beträgt die Klemmenspannung (Bild b ).
Die (als lineare Schaltung anzusehende) Quelle soll durch die in Bild c und in Bild d angegebenen Ersatzschaltungen dargestellt werden.

a) Welche Werte sind für die Quellenspannung und den Innenwiderstand der Ersatzschaltung nach Bild c erforderlich?
b) Welche Werte ergeben sich für den Quellenstrom und den Innenleitwert der Ersatzschaltung nach Bild d?

Abbildung: Ersatzschaltungen für (widerstandsbehafte) elektrische Quellen:
a) Gegebene Quelle im Leerlauf,
b) Gegebene Quelle im belasteten Zustand,
c) Ersatzschaltung als Reihenschaltung einer Konstantspannungsquelle und eines Widerstandes,
d) Ersatzschaltung als Parallelschaltung einer Konstantstromquelle und eines Leitwertes

In grafischer Form ist der Zusammenhang zwischen Strom und Spannung an einem Zweipol gegeben.

1. Handelt es sich um das Erzeuger- oder um das Verbraucher-Zählpfeilsystem?
2. Wirkt bei einem positiven Strom der Zweipol aktiv oder passiv?
3. Ermitteln Sie die Ersatzspannung und den Innenwiderstand des Zweipols.
4. Wie groß ist der Kurzschlussstrom des Zweipols?

Sie führen bei einem linearen Zweipol zwei Messungen durch.

Pro Messung erhalten Sie jeweils Kennwerte für den fließenden Strom und die anliegende Spannung.

Bestimmen Sie die Leerlaufspannung, den Innenwiderstand und den Kurzschlussstrom des Zweipols.

In einem Automobil sind Lichtmaschine und Batterie parallel zueinander geschaltet. Vereinfacht können beide Komponenten jeweils als Spannungsquelle mit einem Innenwiderstand betrachtet werden. An diesen Aufbau angeschlossen wird ein Verbraucher mit dem Widerstand .

Die folgende Skizze verdeutlicht den Aufbau.

1. Berechnen Sie den Strom der durch den Verbraucher fließt.
2. Berechnen Sie sämtliche Teilströme in der Schaltung.
3. Wird die Batterie durch die Lichtmaschine geladen? Begründen Sie Ihre Antwort.

Der Ausgang A der Potenziometer-Schaltung stellt eine Spannungsquelle mit Innenwiderstand dar. Die Stellung des Potenziometers ist durch beschrieben

1. Beschreiben Sie formelmäßig die Leerlaufspannung am Punkt in Abhängigkeit der Potenziometerstellung und zeichnen Sie den Verlauf in ein Diagramm ein.
2. Beschreiben Sie formelmäßig den Innenwiderstand am Punkt A in Abhängigkeit der Potenziometerstellung
3. Bei welcher Potenziometerstellung ist der Innenwiderstand maximal? Zeichnen Sie den Verlauf in ein Diagramm ein.
4. Wie groß darf der Strom durch den Widerstand maximal sein, damit bei der ungünstigsten Stellung die Spannung gegenüber dem Leerlauffall um höchstens absinkt?