Aufgabe für Schnelle
[i]Bearbeiten Sie die folgende Aufgabe! Nach jedem Aufgabenteil finden Sie eine Musterlösung. Bearbeiten Sie die Aufgabe schriftlich und geben Sie dann zur Anzeige der Musterlösung einfach irgendeinen Buchstaben in das Eingabefeld ein und klicken dann auf "Antwort überprüfen".[br][br]Hinweis: Bei dieser Aufgabe wird davon ausgegangen, dass Sie alle Inhalte des Lernzirkels[br]verstanden haben![/i][br][br][br]
Aufgabe
Der Agrarwirt Hubert A. möchte seine Schafe mit einem selbstgebauten[br]Weidezaun einzäunen. Auf einer Website über Weidezäune findet er folgenden Rat:[br][br]„[b]Je nach Tierart kommen unterschiedliche Geräte in Frage.[br]Pferde, Rinder, Schweine, Hunde, Katzen und andere Haustiere sind[br]"leichter zu hüten". Man kommt hier mit normalen Elektrozaungeräten[br]aus. Die Tiere sind meist den Elektrozaun gewöhnt, haben kürzeres Fell und[br]spüren daher den Impuls mehr. Die Spannung am Zaun sollte dennoch 2000 Volt[br](Mindesthütespannung) nicht unterschreiten – ansonsten neigen diese Tiere zum[br]Ausbrechen.[br][br]Freilebende Wildtiere aber auch Schafe, Ziegen und Geflügel[br]sind "schwer zu hüten". Hier sollten sehr leistungsstarke[br]Weidezaungeräte zum Einsatz kommen. Diese Tiere sind meist keinen Elektrozaun[br]gewöhnt, zusätzlich besitzen sie noch ein dichtes Fell, so dass sie gegenüber[br]den Stromstößen sehr unempfindlich sind. In diesem Fall kann nur ein[br]Elektrozaun mit ausreichend hoher Spannung für die nötige Hütesicherheit[br]sorgen. Diese Spannung sollte ca. 4000 Volt nicht unterschreiten.[br][br]Geräte mit kleiner Impulsenergie (unter 1,0 Joule) sind für[br]leicht zu hütende Tiere geeignet. Diese Elektorzaungeräte sind für kleinere[br]Einzäunungen mit keinen bzw. wenig Bewuchs geeignet. Weidezaungeräte mit[br]mittlerer Impulsenergie (bis ca. 5 Joule) sind für schwer zu hütende Tiere[br]geeignet. Der Elektrozaun sollte eine mittlere Länge haben bei normalen bis[br]mittleren Grasbewuchs. Sehr schlagstarke Weidezaungeräte mit einer hohen[br]Impulsenergie (über 5 Joule) sind für schwer zu hütende Tiere geeignet.“[/b][br]
Aufgabe a)
Entscheiden Sie, welche Energie und welche Spannung der Weidezaun „liefern“ sollte.[br][br][br]
Aufgabe b)
Hubert möchte sein Weidezaungerät über einen selbstgebauten Trafo mit dem Stromnetz betreiben. Dort liegt eine Spannung von 230 V an. Berechnen Sie wie groß die Windungszahl der Sekundärspule maximal sein darf, wenn Hubert als Primärspule eine Spule mit 500 Windungen verwendet und das Weidezaungerät eine Betriebsspannung von 9V erfordert.
Aufgabe c)
Das Weidezaungerät selbst soll zur Erzeugung der Elektroschocks auch mit einer Spule arbeiten. Beurteilen Sie durch Rechnung, ob eine Spule mit der Windungszahl 10000, dem Widerstand [math]8,5\Omega[/math]und der Induktivität 10 H für die Weidetiere geeignet ist, indem Sie die Entladeenergie des Weidezauns berechnen! [br][br][br]
Aufgabe d)
Hubert möchte den Einschaltvorgang mit einer Sägezahnspannung simulieren. Statt eines Schalters, welcher ein- und ausgeschaltet wird, wird also die Stromstärke regelmäßig von einem Maximalwert gleichmäßig auf 0 heruntergeregelt (siehe Diagramm).
Berechnen Sie, wie lange es dauern darf bis der Strom von seinem Maximalwert auf 0A heruntergeregelt wird, damit eine Spannung von 4000 V induziert wird! Berechnen Sie damit die Frequenz, die dieser „Sägezahnstrom“ haben muss. [br][br][br]
Aufgabe e)
Begründen Sie mit dem Diagramm aus Aufgabe d), warum bei Huberts Weidezaun noch eine zweite, viel höhere Spannung induziert wird!