A2 – Elektrizitätslehre
Zur Begrenzung der Fläche für Rasenmähroboter werden stromführende Kabel im Boden verlegt. Sobald der Roboter über das Kabel fährt, erkennt ein Sensor mit eingebauter Spule die Begrenzung. Infolgedessen ändert der Roboter seine Bewegungsrichtung.
Begründe, weshalb es beim Überfahren des stromführenden Kabels zu einer Spannung zwischen den Anschlüssen der Spule des Sensors kommt.
Erläutere eine Möglichkeit, wie die entstehende Spannung zwischen den Anschlüssen der Spule des Sensors vergrößert werden kann.
In der Ladestation des Roboters ist ein Transformator verbaut, dessen Datenblatt nebenstehend abgebildet ist. Berechnen Sie den Wirkungsgrad des Transformators bei maximaler Sekundärstromstärke, wenn in der Primärspule ein Strom mit einer Stärke von 
fließt.
Nenne zwei bauliche Maßnahmen, um den Wirkungsgrad eines Transformators zu verbessern.
Der Roboter wird mit einer Spannung von 
betrieben.
Eine LED (
) dient zur Anzeige der Betriebsbereitschaft. Diese ist entsprechend nebenstehender vereinfachter Skizze parallel zum Motor des Roboters (
) geschaltet.
Das Stromstärkemessgerät zeigt bei geöffnetem Schalter eine Gesamtstromstärke von 
an.
Berechne den Wert des notwendigen Vorwiderstandes 
der LED.
Zur Inbetriebnahme des Motors wird der Schalter geschlossen.
Begründe, wie sich dadurch die Anzeige des Stromstärkemessgeräts verändert.
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Aufgrund des Stromflusses ist das Kabel von einem Magnetfeld umgeben.
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Durch die Bewegung des Roboters über das Kabel verändert sich das die Spule des Sensors durchsetzende Magnetfeld zeitlich.
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Dadurch wird eine Spannung zwischen ihren Anschlüssen induziert.
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Verwendung einer höheren Stromstärke im Kabel, was ein stärkeres Magnetfeld um das Kabel und damit eine größere Magnetfeldänderung in der Spule zur Folge hat.
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Erhöhung der Geschwindigkeit des Rasenmähers, wodurch sich das die Spule durchsetzende Magnetfeld schneller ändert.
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Verwendung eines geblätterten Eisenkerns
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Kühlung der Spulen, z. B. mit Öl
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Verwendung eines Mantel- oder Ringkerntransformators
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Das Stromstärkemessgerät zeigt nun eine deutlich größere Stromstärke an.
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In einer Parallelschaltung ist der Gesamtwiderstand kleiner als der kleinste Teilwiderstand.
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Da der Widerstand des Motors sehr viel kleiner ist als der Vorwiderstand, sinkt der Gesamtwiderstand der Schaltung erheblich.
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Somit steigt bei gleicher Spannung die Stromstärke.