So arbeitest du
- ① Clip anschauen.
- ② Tüfteln: Aufgaben in der Animation lösen — sie zeigt ✓, wenn es stimmt.
- ③ Kontrollfragen: Der Clip hält an. Erst antworten.
- ④ Üben mit Rückmeldung, bis drei in Folge sitzen.
- ⑤ Aufgaben auf Papier, dann Lösung aufklappen und abhaken.
Kompetenzen nach Lehrplan
RLP-BM 2030, Lerngebiet 6, Teilgebiet 6.2 Elektrizität
- K1 die Beschaffenheit von elektrischen Ladungen beschreiben (Ursprung, Einheit, Elementarladung)
- K2 die wichtigsten physikalischen Grössen definieren und charakterisieren (Ladung, Spannung, Stromstärke, Energie, Leistung)
- K3 den Widerstand eines Leiters berechnen
- K4 Berechnungen in einfachen seriellen oder parallelen Schaltkreisen von Widerständen durchführen
- K5 die wesentlichen Gefahren der Elektrizität, inklusive entsprechender Schutzmassnahmen, aufzeigen
Die Themenseite 6.2 Elektrizität ist das Nachschlagewerk; dieses Leitprogramm ist der Kurs.
Vorwissen
Vorsilben, Zehnerpotenzen, Gleichungen umstellen. Wenn das wackelt: Leitprogramm Rechnen und Schliessen.
Vortest · 10 P
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0a(3 P)Rechne um: \(250\;\text{mA}\) in \(\text{A}\), \(4.7\;\text{k}\Omega\) in \(\Omega\), \(0.32\;\mu\text{C}\) in \(\text{C}\) (als Zehnerpotenz).
Lösung
\(0.25\;\text{A}\), \(4700\;\Omega\), \(3.2 \cdot 10^{-7}\;\text{C}\).
Falsch? Vorwissen 0.2, Vorsilben und der Clip oben.
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0b(2 P)Wie viele Sekunden sind \(15\;\text{min}\) und \(1.5\;\text{h}\)?
Lösung
\(15 \cdot 60\;\text{s} = 900\;\text{s}\) und \(1.5 \cdot 3600\;\text{s} = 5400\;\text{s}\).
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0c(3 P)Stelle \(U = R \cdot I\) nach \(I\) und nach \(R\) um, und \(Q = I \cdot t\) nach \(t\).
Lösung
\(I = \dfrac{U}{R}\), \(R = \dfrac{U}{I}\), \(t = \dfrac{Q}{I}\).
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0d(2 P)Berechne ohne Rechner: \(\dfrac{6.4 \cdot 10^{-7}}{1.6 \cdot 10^{-19}}\).
Lösung
\(\dfrac{6.4}{1.6} = 4\) und \(10^{-7 - (-19)} = 10^{12}\): also \(4 \cdot 10^{12}\).
Falsch? Vorwissen 0.1, Zehnerpotenzen
Weniger als 7 von 10 Punkten: zuerst die verlinkten Stellen zu den falschen Aufgaben, dann Kapitel 1.
Ladung und Stromstärke
Du beschreibst, woher elektrische Ladung kommt, rechnest mit \(Q = n \cdot e\) und \(I = Q/t\) und unterscheidest Ladung von Stromstärke.
① Clip
② Tüfteln
③ Kontrollfragen
Festhalten
Im Atomkern sitzen die positiven Protonen, in der Hülle die negativen Elektronen. Negativ geladen ist ein Körper mit Elektronenüberschuss, positiv einer mit Elektronenmangel. Ladung wird nicht erzeugt, nur verschoben.
\[ Q = n \cdot e, \qquad e = 1.602 \cdot 10^{-19}\;\text{C} \]
Strom ist bewegte Ladung pro Zeit. Für einen konstanten Strom gilt:
\[ I = \frac{Q}{t}, \qquad Q = I \cdot t, \qquad 1\;\text{A} = 1\;\frac{\text{C}}{\text{s}} \]
Die Zeit nicht in Sekunden umgerechnet: \(2\;\text{A}\) während \(5\;\text{min}\) sind \(Q = 2\;\text{A} \cdot 300\;\text{s} = 600\;\text{C}\), nicht \(10\;\text{C}\).
Ebenso bei Akkus: \(2500\;\text{mAh} = 2.5\;\text{A} \cdot 3600\;\text{s} = 9000\;\text{C}\) (Amperestunden in Coulomb: mal \(3600\)).
④ Üben mit Rückmeldung
⑤ Aufgaben mit Lösungen
Aufgaben · Kapitel 1 · 11 P
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1a(3 P)Ein Kunststoffstab trägt \(Q = -4.8\;\text{nC}\). Hat er Elektronen zu viel oder zu wenig, und wie viele?
Lösung
Negativ: Elektronenüberschuss.
\(n = \dfrac{|Q|}{e} = \dfrac{4.8 \cdot 10^{-9}\;\text{C}}{1.602 \cdot 10^{-19}\;\text{C}} \approx 3.0 \cdot 10^{10}\) Elektronen.
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1b(3 P)Ein Handy-Akku ist mit \(4000\;\text{mAh}\) beschriftet. Welcher Ladung in Coulomb entspricht das, und wie lange liefert er \(0.8\;\text{A}\)?
Lösung
\(4000\;\text{mAh} = 4\;\text{Ah}\), also \(Q = I \cdot t = 4\;\text{A} \cdot 3600\;\text{s} = 14\,400\;\text{C}\).
\(t = \dfrac{Q}{I} = \dfrac{14\,400\;\text{C}}{0.8\;\text{A}} = 18\,000\;\text{s} = 5\;\text{h}\).
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1c(2 P)Ein Hemd wird beim Ausziehen eines Pullovers negativ. Was ist mit dem Pullover passiert — und sind dabei Ladungen entstanden?
Lösung
Elektronen sind vom Pullover aufs Hemd gewandert: Der Pullover ist gleich stark positiv. Entstanden ist keine Ladung, sie wurde nur verschoben; die Summe bleibt null.
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1d(3 P)Das Diagramm zeigt die Ladung, die durch zwei Drähte A und B geflossen ist. Welche Stromstärke fliesst in A, welche in B? (Punkte auf Gitterpunkten)
Lösung
Die Steigung ist die Stromstärke: A: \(I = \dfrac{3\;\text{C}}{6\;\text{s}} = 0.5\;\text{A}\). B: \(I = \dfrac{6\;\text{C}}{3\;\text{s}} = 2\;\text{A}\).
Mehr dazu: Themenseite 6.2, Grundbegriffe
Spannung, Leistung und Energie
Du erklärst Spannung als Energie je Ladung und rechnest mit \(P = U \cdot I\) und \(E = P \cdot t\) — auch in Kilowattstunden.
① Clip
② Tüfteln
③ Kontrollfragen
Festhalten
Die Spannung ist die Arbeit, die an einer Ladung verrichtet wird, geteilt durch diese Ladung:
\[ U = \frac{W}{Q}, \qquad 1\;\text{V} = 1\;\frac{\text{J}}{\text{C}} \]
Die Leistung ist die umgesetzte Energie pro Zeit. Elektrisch:
\[ P = U \cdot I, \qquad E = P \cdot t, \qquad 1\;\text{kWh} = 3.6\;\text{MJ} \]
Am Netz rechnet man mit den Effektivwerten (\(230\;\text{V}\)); so gilt \(P = U \cdot I\) für Geräte, die wie ein Widerstand wirken (Heizung, Wasserkocher, Lampe).
Bei Akkus steht die Ladung in Amperestunden: \(1\;\text{V} \cdot 1\;\text{Ah} = 1\;\text{Wh} = 3600\;\text{J}\).
Strom wird nicht verbraucht: Er fliesst vollständig zur Quelle zurück. Umgesetzt wird Energie, und die zählt die Stromrechnung in Kilowattstunden.
\(1500\;\text{W} \cdot 40\;\text{min}\) sind nicht \(60\,000\;\text{kWh}\). Zuerst in Kilowatt und Stunden umrechnen: \(E = 1.5\;\text{kW} \cdot \tfrac{2}{3}\;\text{h} = 1\;\text{kWh}\).
④ Üben mit Rückmeldung
⑤ Aufgaben mit Lösungen
Aufgaben · Kapitel 2 · 12 P
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2a(3 P)Ein Velolicht-Akku ist mit \(3.7\;\text{V}\) und \(2.0\;\text{Ah}\) beschriftet. Wie viel Energie speichert er, in Wattstunden und in Joule? An einem Bauteil werden an \(0.2\;\text{C}\) \(2.4\;\text{J}\) verrichtet: Welche Spannung liegt dort?
Lösung
\(W = U \cdot Q = 3.7\;\text{V} \cdot 2.0\;\text{Ah} = 7.4\;\text{Wh}\), und mit \(1\;\text{Wh} = 3600\;\text{J}\): \(W = 26\,640\;\text{J}\).
\(U = \dfrac{W}{Q} = \dfrac{2.4\;\text{J}}{0.2\;\text{C}} = 12\;\text{V}\).
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2b(4 P)Ein Föhn hat \(1800\;\text{W}\) und läuft am Netz (\(230\;\text{V}\)). Welcher Strom fliesst? Er läuft \(30\) Tage lang je \(10\;\text{min}\): Wie viel Energie, und was kostet das bei \(0.25\;\text{CHF/kWh}\)?
Lösung
\(I = \dfrac{P}{U} = \dfrac{1800\;\text{W}}{230\;\text{V}} \approx 7.83\;\text{A}\).
\(t = 30 \cdot 10\;\text{min} = 300\;\text{min} = 5\;\text{h}\), \(E = P \cdot t = 1.8\;\text{kW} \cdot 5\;\text{h} = 9\;\text{kWh}\).
\(\text{Kosten} = E \cdot \text{Preis}\) \(= 9\;\text{kWh} \cdot 0.25\;\text{CHF/kWh}\) \(= 2.25\;\text{CHF}\).
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2c(2 P)Auf der Rechnung steht «Stromverbrauch». Was wird tatsächlich verbraucht?
Lösung
Strom wird nicht verbraucht: Was ins Gerät fliesst, fliesst wieder zurück. Umgesetzt wird Energie (in Wärme, Licht, Bewegung); bezahlt wird \(E = P \cdot t\) in Kilowattstunden.
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2d(3 P)Ein Toaster (\(900\;\text{W}\)) läuft \(4\;\text{min}\), ein Laptop-Ladegerät (\(60\;\text{W}\)) läuft \(1\;\text{h}\). Wer setzt mehr Energie um? Begründe am \(P\)-\(t\)-Diagramm.
Lösung
Toaster: \(E = 0.9\;\text{kW} \cdot \tfrac{4}{60}\;\text{h} = 0.06\;\text{kWh}\). Ladegerät: \(E = 0.06\;\text{kW} \cdot 1\;\text{h} = 0.06\;\text{kWh}\). Beide gleich viel: Das Rechteck des Toasters ist hoch und schmal, das des Ladegeräts niedrig und breit — die Flächen sind gleich gross, und es zählt die Fläche, nicht die Höhe.
Mehr dazu: Themenseite 6.2, Leistung und Energie
Der Widerstand eines Leiters
Du berechnest den Widerstand eines Leiters mit \(R = \rho \cdot l/A\) und rechnest mit \(U = R \cdot I\).
① Clip
② Tüfteln
③ Kontrollfragen
Festhalten
Der Widerstand ist definiert als \(R = \dfrac{U}{I}\) (Ohm, \(\Omega\)). Ist \(R\) konstant, gilt das ohmsche Gesetz \(U = R \cdot I\): Die \(U\)-\(I\)-Kennlinie ist eine Ursprungsgerade mit der Steigung \(R\). Eine Glühlampe ist nicht ohmsch — ihr Draht wird heiss, und \(R\) wächst.
Widerstand eines Leiters:
\[ R = \rho \cdot \frac{l}{A} \]
\(\rho\) in \(\Omega\,\text{mm}^2/\text{m}\) bei \(20\;^\circ\text{C}\): Kupfer \(0.017\), Aluminium \(0.028\), Eisen \(0.10\), Konstantan \(0.49\).
Auch eine Leitung ist ein Widerstand: Fliesst der Strom \(I\), liegt über ihr die Spannung \(U = R \cdot I\) — man sagt, sie fällt an der Leitung ab. Diese Spannung fehlt dem Gerät am Ende der Leitung.
Bei einem Kabel mit Hin- und Rückleiter ist die Leiterlänge doppelt so gross wie die Kabellänge: \(10\;\text{m}\) Kabel heisst \(l = 20\;\text{m}\).
④ Üben mit Rückmeldung
⑤ Aufgaben mit Lösungen
Aufgaben · Kapitel 3 · 12 P
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3a(4 P)Ein Lautsprecherkabel aus Kupfer ist \(15\;\text{m}\) lang und hat zwei Adern zu je \(0.75\;\text{mm}^2\). Welchen Widerstand hat die Leitung? Welche Spannung fällt an ihr ab, wenn \(2\;\text{A}\) fliessen?
Lösung
\(l = 2 \cdot 15\;\text{m} = 30\;\text{m}\).
\(R = \rho \cdot \dfrac{l}{A}\) \(= 0.017\;\dfrac{\Omega\,\text{mm}^2}{\text{m}} \cdot \dfrac{30\;\text{m}}{0.75\;\text{mm}^2}\) \(= 0.68\;\Omega\).
\(U = R \cdot I = 0.68\;\Omega \cdot 2\;\text{A} = 1.36\;\text{V}\) — so viel fehlt dem Lautsprecher.
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3b(3 P)Aus Konstantandraht mit \(0.5\;\text{mm}^2\) Querschnitt soll ein Messwiderstand von \(4.9\;\Omega\) werden. Wie lang muss der Draht sein? Wie gross wird \(R\), wenn man ihn halbiert?
Lösung
\(l = \dfrac{R \cdot A}{\rho} = \dfrac{4.9\;\Omega \cdot 0.5\;\text{mm}^2}{0.49\;\Omega\,\text{mm}^2/\text{m}} = 5\;\text{m}\).
Halb so lang: \(R = 2.45\;\Omega\) — \(R\) ist proportional zur Länge.
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3c(3 P)Das \(U\)-\(I\)-Diagramm zeigt zwei ohmsche Widerstände A und B. Wie gross sind sie? (Punkte auf Gitterpunkten)
Lösung
Die Steigung ist der Widerstand: A: \(R = \dfrac{4\;\text{V}}{0.2\;\text{A}} = 20\;\Omega\). B: \(R = \dfrac{10\;\text{V}}{0.2\;\text{A}} = 50\;\Omega\).
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3d(2 P)Warum ist die \(U\)-\(I\)-Kennlinie einer Glühlampe keine Ursprungsgerade?
Lösung
Mit dem Strom wird der Glühdraht heisser, und sein Widerstand wächst. \(R = U/I\) ist dann nicht konstant — die Lampe ist kein ohmsches Bauteil.
Mehr dazu: Themenseite 6.2, Das ohmsche Gesetz · Der Widerstand eines Leiters
Reihen- und Parallelschaltung
Du berechnest Gesamtwiderstand, Ströme und Spannungen in einfachen Reihen- und Parallelschaltungen.
① Clip
② Tüfteln
③ Kontrollfragen
Festhalten
| Reihenschaltung | Parallelschaltung | |
|---|---|---|
| Stromstärke | überall gleich: \(I = I_1 = I_2\) | teilt sich auf: \(I = I_1 + I_2\) |
| Spannung | teilt sich auf: \(U = U_1 + U_2\) | überall gleich: \(U = U_1 = U_2\) |
| Gesamtwiderstand | \(R_\text{ges} = R_1 + R_2\) | \(\dfrac{1}{R_\text{ges}} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}\) |
| Teilerregel | \(U_1 : U_2 = R_1 : R_2\) | \(I_1 : I_2 = R_2 : R_1\) |
In Reihe ist \(R_\text{ges}\) grösser als jeder Einzelwiderstand, parallel kleiner als der kleinste. Für zwei Widerstände parallel: \(R_\text{ges} = \dfrac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}\). Im Haushalt sind alle Geräte parallel geschaltet.
Den Kehrwert vergessen: \(\dfrac{1}{20\;\Omega} + \dfrac{1}{30\;\Omega} = \dfrac{1}{12}\;\dfrac{1}{\Omega}\) ist \(\dfrac{1}{R_\text{ges}}\). Also \(R_\text{ges} = 12\;\Omega\), nicht \(0.083\;\Omega\).
④ Üben mit Rückmeldung
⑤ Aufgaben mit Lösungen
Aufgaben · Kapitel 4 · 14 P
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4a(3 P)\(R_1 = 150\;\Omega\) und \(R_2 = 330\;\Omega\) liegen in Reihe an \(24\;\text{V}\). Berechne \(R_\text{ges}\), \(I\), \(U_1\) und \(U_2\).
Lösung
\(R_\text{ges} = R_1 + R_2 = 150\;\Omega + 330\;\Omega = 480\;\Omega\).
\(I = \dfrac{U}{R_\text{ges}} = \dfrac{24\;\text{V}}{480\;\Omega} = 50\;\text{mA}\).
\(U_1 = I \cdot R_1 = 50\;\text{mA} \cdot 150\;\Omega = 7.5\;\text{V}\), \(U_2 = I \cdot R_2 = 50\;\text{mA} \cdot 330\;\Omega = 16.5\;\text{V}\). Probe: \(7.5\;\text{V} + 16.5\;\text{V} = 24\;\text{V}\).
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4b(3 P)Dieselben Widerstände liegen parallel an \(24\;\text{V}\). Berechne \(R_\text{ges}\), \(I_1\), \(I_2\) und \(I\).
Lösung
\(R_\text{ges} = \dfrac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}\) \(= \dfrac{150\;\Omega \cdot 330\;\Omega}{480\;\Omega}\) \(\approx 103\;\Omega\).
\(I_1 = \dfrac{U}{R_1} = \dfrac{24\;\text{V}}{150\;\Omega} = 160\;\text{mA}\), \(I_2 = \dfrac{U}{R_2} = \dfrac{24\;\text{V}}{330\;\Omega} \approx 72.7\;\text{mA}\).
\(I = I_1 + I_2 \approx 233\;\text{mA}\). Probe: \(\dfrac{24\;\text{V}}{103.1\;\Omega} \approx 233\;\text{mA}\).
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4c(2 P)Drei gleiche Widerstände von je \(60\;\Omega\) liegen parallel. Wie gross ist \(R_\text{ges}\)? Warum ist er kleiner als jeder einzelne?
Lösung
\(\dfrac{1}{R_\text{ges}} = \dfrac{3}{60\;\Omega}\), also \(R_\text{ges} = 20\;\Omega\). Jeder Zweig öffnet dem Strom einen weiteren Weg — bei gleicher Spannung fliesst mehr Strom.
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4d(2 P)In einer alten Lichterkette in Reihe brennt eine Lampe durch. Warum bleibt die ganze Kette dunkel — und warum passiert das in der Wohnung nicht?
Lösung
In Reihe fliesst durch alle Lampen derselbe Strom; die defekte Lampe unterbricht den einzigen Weg. In der Wohnung sind die Geräte parallel: Jedes hat seinen eigenen Zweig an derselben Spannung.
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4e(2 P)An \(9\;\text{V}\) liegt \(R_1 = 1\;\text{k}\Omega\) in Reihe mit \(R_2\). Über \(R_2\) sollen \(3\;\text{V}\) liegen. Wie gross muss \(R_2\) sein?
Lösung
\(U_1 = U - U_2 = 9\;\text{V} - 3\;\text{V} = 6\;\text{V}\), \(I = \dfrac{U_1}{R_1} = \dfrac{6\;\text{V}}{1000\;\Omega} = 6\;\text{mA}\).
\(R_2 = \dfrac{U_2}{I} = \dfrac{3\;\text{V}}{6\;\text{mA}} = 500\;\Omega\).
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4f(2 P)Dieselben zwei Widerstände an derselben Quelle, einmal so (A), einmal so (B). Welche Schaltung ist eine Reihen-, welche eine Parallelschaltung? In welcher fliesst der grössere Gesamtstrom, und wie gross ist er?
Lösung
A ist eine Reihenschaltung (ein einziger Weg), B eine Parallelschaltung (zwei Zweige zwischen denselben zwei Knoten).
A: \(R_\text{ges} = 90\;\Omega\), \(I = \dfrac{9\;\text{V}}{90\;\Omega} = 0.1\;\text{A}\). B: \(R_\text{ges} = \dfrac{30\;\Omega \cdot 60\;\Omega}{90\;\Omega} = 20\;\Omega\), \(I = \dfrac{9\;\text{V}}{20\;\Omega} = 0.45\;\text{A}\). Der grössere Strom fliesst in B.
Mehr dazu: Themenseite 6.2, Reihenschaltung · Parallelschaltung · Leitprogramm Schaltungen berechnen (auch gemischte Schaltungen)
Gefahren und Schutzmassnahmen
Du zeigst auf, warum Strom durch den Körper gefährlich ist, und ordnest FI-Schutzschalter, Schutzleiter und Leitungsschutzschalter ihrer Schutzwirkung zu.
① Clip
② Tüfteln
③ Kontrollfragen
Festhalten
| Einrichtung | schützt | misst / überwacht | schaltet ab bei |
|---|---|---|---|
| FI-Schutzschalter | Menschen (zusätzlich) | Differenz zwischen Hin- und Rückstrom | muss ab \(30\;\text{mA}\) Fehlerstrom auslösen (spätestens nach \(300\;\text{ms}\), beim Doppelten nach \(150\;\text{ms}\), beim Fünffachen nach \(40\;\text{ms}\)); darf schon ab \(15\;\text{mA}\) |
| Schutzleiter (PE) | Menschen | schaltet nicht — leitet zur Erde ab | — |
| Leitungsschutzschalter | die Leitung | Strom in der Leitung | Strom über dem Nennstrom (z. B. \(13\;\text{A}\)); Kurzschluss sofort |
| Schutzklasse II | Menschen | schaltet nicht — doppelt isoliert | — |
Gefährlich ist der Strom durch den Körper, \(I_\text{K} = \dfrac{U}{R_\text{K}}\), und wie lange er wirkt. Muskeln verkrampfen, über das Herz kann Netzstrom Kammerflimmern auslösen.
Der Körperwiderstand \(R_\text{K}\) ist keine feste Zahl: Er sinkt mit Nässe und mit steigender Spannung, weil die Haut durchschlägt. Am Netz ist mit \(1\) bis \(2\;\text{k}\Omega\) zu rechnen, bei Kleinspannung mit einigen \(\text{k}\Omega\).
«Die Sicherung schützt mich.» Ein \(13\text{-A}\)-Leitungsschutzschalter bemerkt \(115\;\text{mA}\) durch einen Menschen nicht. Und \(30\;\text{mA}\) ist keine Grenze für ungefährlichen Strom — der FI ist zusätzlicher Schutz.
④ Üben mit Rückmeldung
⑤ Aufgaben mit Lösungen
Aufgaben · Kapitel 5 · 12 P
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5a(3 P)Jemand mit feuchter Haut (\(R_\text{K} = 1.5\;\text{k}\Omega\)) berührt ein defektes Gehäuse unter \(230\;\text{V}\). Wie gross ist der Körperstrom? Was tun ein FI (\(30\;\text{mA}\)) und ein \(13\text{-A}\)-Leitungsschutzschalter?
Lösung
\(I_\text{K} = \dfrac{U}{R_\text{K}} = \dfrac{230\;\text{V}}{1500\;\Omega} \approx 153\;\text{mA}\) — lebensgefährlich.
Das ist mehr als das Fünffache von \(30\;\text{mA}\): Der FI muss spätestens nach \(40\;\text{ms}\) trennen. Der Leitungsschutzschalter bemerkt \(0.15\;\text{A}\) neben seinen \(13\;\text{A}\) nicht.
-
5b(2 P)Warum darf man die Pole einer \(12\text{-V}\)-Autobatterie mit trockenen Händen anfassen (\(R_\text{K} \approx 5\;\text{k}\Omega\))?
Lösung
\(I_\text{K} = \dfrac{12\;\text{V}}{5000\;\Omega} = 2.4\;\text{mA}\) — der Strom ist klein, weil die Spannung klein ist. Gefährlich wäre ein Kurzschluss mit einem Werkzeug: Dann fliesst ein sehr grosser Strom durch das Metall.
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5c(2 P)Welche Einrichtung vergleicht Hin- und Rückstrom? Welche überwacht den Strom in der Leitung selbst? Welche schaltet gar nicht ab, sondern leitet ab?
Lösung
Der FI-Schutzschalter vergleicht Hin- und Rückstrom (er schützt Menschen). Der Leitungsschutzschalter überwacht den Strom selbst (er schützt die Leitung). Der Schutzleiter leitet einen Fehlerstrom zur Erde ab, damit abgeschaltet wird.
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5d(2 P)Jemand steht auf einem isolierenden Boden und fasst mit der einen Hand den Aussenleiter, mit der anderen den Neutralleiter an. Schützt ihn der FI? Begründe.
Lösung
Nein. Der Strom fliesst über den Aussenleiter durch den Körper und über den Neutralleiter zurück: Hin- und Rückstrom sind gleich, der FI sieht keine Differenz. Für den FI sieht der Mensch aus wie ein Gerät.
Darum ist der FI ein zusätzlicher Schutz und keine Garantie.
-
5e(3 P)An einem Gerät ohne Schutzleiter werden im Fehlerfall diese Ströme gemessen (Bild). Wie gross ist der Fehlerstrom, wohin fliesst er, und was tut ein FI mit \(30\;\text{mA}\)?
Lösung
\(\Delta I = I_\text{L} - I_\text{N}\) \(= 8.85\;\text{A} - 8.70\;\text{A}\) \(= 0.15\;\text{A} = 150\;\text{mA}\). Er fehlt auf dem Rückweg, fliesst also anderswo zur Erde ab — hier über den Menschen am Gehäuse.
\(150\;\text{mA}\) ist das Fünffache von \(30\;\text{mA}\): Der FI muss spätestens nach \(40\;\text{ms}\) trennen.
Mehr dazu: Themenseite 6.2, Gefahren des elektrischen Stroms · Leitprogramm Gefahren und Schutzmassnahmen
Gesamttest
⬇ Gesamttest (PDF)
⬇ Bewertungspaket (PDF)
| 22 – 25 P | Die geprüften Teile sitzen. Wo du Punkte verloren hast: das Kapitel dieser Aufgabe nochmals (Zuordnung unten). |
| 17 – 21 P | Den schwächsten Teil nochmals: Simulation und Übungen des Kapitels, in dem du die meisten Punkte verloren hast. |
| 11 – 16 P | Zurück zu den Kapiteln aller Aufgaben, in denen du Punkte verloren hast. |
| 0 – 10 P | Zurück zu Kapitel 1 und von dort der Reihe nach weiter. |
Aufgabe → Kapitel: G1 → 1 · G2, G3 → 2 · G4 → 3 · G5 → 4 · G6 → 5
Nicht in diesem Leitprogramm
- Gemischte Schaltungen, Knoten- und Maschenregel, Leistung in Reihe und parallel → Leitprogramm Schaltungen berechnen, Themenseite 6.2, Gemischte Schaltungen
- Messen mit dem Multimeter, Verlustleistung und Hochspannung → Leitprogramm Widerstand, Leistung, Energie, Themenseite 6.2, Messen im Stromkreis
- Erde als Rückleiter, Stromstärke-Zeit-Diagramm → Leitprogramm Gefahren und Schutzmassnahmen
- Coulomb-Gesetz → Themenseite 6.2, Grundbegriffe; Wechselspannung und Effektivwert → Themenseite 6.2, Wechselspannung