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Aufgabe

Vergleich von Flachbatterie und Haushaltsnetz

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Eine Flachbatterie besteht aus drei gleichartigen Zellen von je 1,5V Spannung.

a)Berechne, welche Spannung eine Flachbatterie besitzt.

b)Könnte man die Netzspannung \(U_{netz}\) an der Steckdose von \(230\rm{V}\) auch mit Hilfe von Flachbatterien herstellen?

Berechne die Anzahl dafür benötigter Flachbatterien.

c)Wodurch unterscheiden sich die Spannung des Haushaltsnetzes und die in Teilaufgabe b) mittels Flachbatterien dargestellte Spannung \(U_{flach}\)?

d)Beschreibe, wie man den Unterschied zwischen \(U_{netz}\) und \(U_{flach}\) experimentell zeigen könnte.

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a) Die Zellen sind in der Flachbatterie in Reihe geschalten. Dadurch ist die Spannung der Flachbatterie \(U_{flach}=1{,}5\,\rm{V}+1{,}5\,\rm{V}+1{,}5\,\rm{V}=4{,}5\,\rm{V}\).

b) Um die Netzspannung \(U_{netz}\) zu erreichen, müssen die benötigten Flachbatterien in Reihe geschalten werden, damit sich ihre Einzelspannungen aufaddieren. Insgesamt werden \(n=\frac{U_{netz}}{U_{flach}}=\frac{230\,\rm{V}}{4{,}5\,\rm{V}}=51{,}1\), also \(52\) Flachbatterien benötigt.

c) Während die Flachbatterien Gleichspannung liefern, wird das Haushaltsnetz mit Wechselspannung betrieben.

d) Um den Unterschied zwischen \(U_{netz}\) und \(U_{flach}\) experimentell zu zeigen, werden beide Spannungsquellen in einen Stromkreis eingebaut. Bis auf die Spannungsquelle sind die Elemente in beiden Fällen gleich. Zur Untersuchung des Spannungsverlaufs wird ein Oszilloskop angeschlossen. Während bei Gleichspannung eine waagrechte Linie zu sehen ist, zeigt das Oszilloskop beim Stromkreis mit dem Haushaltsnetz eine wellenförmige Kurve.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Elektrizitätslehre

Elektrische Grundgrößen