Blackbox #3

raus-
geschraubt
ABC
nichts☀︎
A
B☀︎☀︎
C☀︎☀︎
AB
AC
BC
☀︎ leuchtet hell
☽ leuchtet schwach
☼ leuchtet nicht
✘ rausgeschraubt
  • Lampe A muss eingeschraubt sein, damit etwas leuchten kann.
  • Sind alle Lampen eingeschraubt, leuchten Lampen B und C deutlich dunkler als Lampe A.
  • Wird Lampe B (oder C) rausgeschraubt, leuchten die verbleibenden Lampen gleich hell.

Lampen B und C sind parallel geschaltet. Dazu ist Lampe A in Reihe geschalten.

Die Spannung ist die Ursache dafür, dass Energie gewandelt wird.

In einer Reihenschaltung (A ist in Reihe zu BC) teilt sich die Spannung proportional zum Widerstand auf. Da aber die Lampen B und C parallel geschalten sind, ist ihr Gesamtwiderstand nur halb so groß. Das bedeutet, dass die mehr Spannung über Lampe A abfällt (dadurch leuchtet diese deutlich heller). Wird eine der parallelen Lampen (B oder C) entfernt, sind die verbleibenden zwei Lampen in Reihe geschalten. Die Spannung teilt sich nun gleichmäßig an ihnen auf.

Gegeben: U_0=7 V

R_{Lampe}=17,5 \Omega

Widerstand: Die Lampen B und C sind parallel geschaltet. Der Gesamtwiederstand der Lampen B und C ist also:

\frac{1}{R_{BC}} = \frac{2}{R_{Lampe}}

R_{BC} = \frac{R_{Lampe}}{2} = 8,75 \Omega

Dazu ist die Lampe A in Reihe geschalten. Der Gesamtwiederstand aller Lampen ist also

R_{ges}=R_{BC} + R_A = 8,75 \Omega + 17,5 \Omega=26,25 \Omega .

Wird nun entweder Lampe B oder Lampe C entfernt, sind die verbleibenden beiden Lampen in Reihe geschalten. Ihr Gesamtwiderstand ist nun:

R_{ges} = 2 \cdot R_{Lampe} = 2 \cdot 17,5 \Omega = 35 \Omega .

Spannung: Die Spannung U_0=7 V teilt sich proportional auf die Lampen auf. Über die Lampe A fällt also eine Spannung von

U_{A} = \frac{R_{A}}{R_{ges}} \cdot U_0 = \frac{17,5 \Omega}{26,25 \Omega} \cdot 7V = 4,67 V

ab. An den Lampen B und C liegt die gleiche Spannung von

U_{BC}=\frac{R_{BC}}{R_{ges}} \cdot U_0= U_0 – U_A = 2,33 V an.

Stromstärke: Durch Lampe A fließt der gesamte Strom:

I_A=\frac{U_0}{R_{ges}}=\frac{7V}{26,25\Omega}=0,26 A

Dieser Strom teilt sich auf die Lampen B und C zu gleichen Teilen (da die Lampen gleich sind) auf:

I_B=I_C=\frac{1}{2}\cdot I_A=0,13 A .