Maschinenbauer macht jetzt Elektrotechnik - Hausaufgabe: Blackboxexperiment

[ZakZak]

Hallo Freunde,

ich habe eine Hausaufgabe, bei dem es um ein Blackboxexperiment geht. Eine Blackbox mit links und rechts zwei Klemmenpaaren wird in zwei Schritten untersucht (Siehe Bilder).

1. Experiment:
Links wird eine Spannungsquelle V1 = 2V angeklemmt. Die rechte Seite bleibt offen. Hierbei wird eine Strom I1=4mA und eine Spannung V2=8V gemessen.

2. Experiment:
Links werden die Klemmen kurzgeschlossen. An der rechten Seite wird eine Stromquelle I2=-10mA angeschlossen. Hierbei wird eine Strom I1=5mA und eine Spannung V2=8V gemessen.

3.
Es werden jetzt eine unbekannte Sapnnungsquelle V1 und eine Stromquelle I2 links und rechts angeschlossen. I1=8mA und V2 = 4V werden gemessen.

Gesucht werden die unbekannten elektrischen Quellen V1 und I2.

da ich wenig wissen in Elektrotechnik habe, besuche ich zur Zeit einen Onlinekurs. An dieser Stelle zerbreche ich mir seit Stunden den Kopf. Ich habe versucht, die Blackbox mit einem Netzwerk aus Widerständen und Spannungsquellen zu ersetzenAnhang anzeigen 12973 Anhang anzeigen 12974 und mit Hilfe der oben geschilderten Experimente die neu eingeführten Widerstände und Spannungen zu bestimmen. Bisher ohne Erfolg.

Ich bin der Meinung, dass aufjedenfalle irgdendeine elektrische Energiequelle in der Blackbox enthalten sein muss. Im Experiment 1 ist ja V2 größer als V1. Also muss ja in der Box irgendeine verstärkung stattfinden.

Bisher komme ich mit meinen Lösungsansätzen nicht weiter. Hat jemand eine Idee? Ich bin mir sicher, dass Die Lösung einfacher ist, als ich es mir gerade vorstelle.

Viele Grüße und Vielen Dank schon mal.

 

[Pumukel]

Trage doch erst mal die gegebenen Werte richtig an deiner Black- box in die 3 Zeichnungen ein .

 

[ZakZak]

Vielen Dank für die schnelle Antwort.
Ich habe die Werte nun eingetragen.

 

[Pumukel]

Wäre es zu viel verlangt die 3 Bilder in eine Zeichnung einzufügen . so das man alle 3 Zeichnungen ohne hin und her zu schalten sehen kann ? Und in der Blackbox muss sich eine Spannungsquelle befinden .

 

[ZakZak]

Ja mache ich. Ich hoffe nur, dass die Bildqualität nicht darunter leidet.
Ich habe auch meine bisherige Idee vom Inhalt der Blackbox angehängt. Durch viel Probieren bin ich hier hängen geblieben. Ich glaube das ist etwas zu kompliziert gedacht.
(Angegebene Werte sind nur Beispiele )

 

[Pumukel]

nöö deine Lösung geht nicht auf . In der Blackbox befindet sich eine Spannungsquelle und 3 R in Dreieckschaltung . Beachte im Bild 2 Die Richtung der Spannungsquelle und die Richtung des Stromes ! Fang am besten mit der Zeichnung 1 A und erfülle da alle Bedingungen . beachte der Ausgang rechts läuft leer ! Ersetze deine Spannungsquellen mal durch Batterien das hilft denken .

 

[Drehfeld]

Zweitortheorie/Vierpoltheorie:
aus den Experimenten lassen sich die Elemente der P-Matrix bestimmen.

Im Anschluss lassen sich die gesuchten Größen durch Lösen des linearen Gleichungssystems bestimmen.

Edit: P-Matrix = Parallel-Reihenmatrix

 

[patois]

Zur Vertiefung deiner Studien könnte folgender LINK in nützliche Gefilde führen:

Vierpoltheorie
.

 

[93_Ronny]

Du solltest auch beachten, dass bei einem Vierpol Ein- und Ausgangsleistung gemäß der Energieerhaltung gleich sein müssen.

 

[Octavian1977]

Gibt es denn irgendwelche Rahmen was sich in der Box befinden darf?
Auch ohne interne Spannungsquelle kann man eine Ausgangsspannung durchaus erhöhen

 

[Drehfeld]

Du solltest auch beachten, dass bei einem Vierpol Ein- und Ausgangsleistung gemäß der Energieerhaltung gleich sein müssen.

Das ist nicht unbedingt der Fall. Zum einen kann man im Vierpol elektrische Energie in Wärme umsetzen (Widerstände) zum anderen kann man auch Verstärkerschaltungen durch Vierpole beschreiben. In diesem Fall wäre die Ausgangsleistung höher als die Eingangsleistung. Die Energie dazu kommt aus der Versorgung, die aber bei einer Beschreibung des Verhaltens der Schaltung durch einen Vierpol nicht berücksichtigt wird.

 

[Pumukel]

wenn ich richtig gelesen habe dann lineare Komponenten .
Siehe erster Satz in der Zeichnung
https://www.elektrikforum.de/attachments/1-png.12975/

 

[Drehfeld]

Es ist weder gefordert noch notwendig den Innenaufbau der Black-Box zu erraten. Daher der Name „Black-Box“
Die Box wird durch die Elemente einer Zweitormatrix vollständig beschrieben.

 

[Stromberger]

Ich bin der Meinung, dass aufjedenfalle irgdendeine elektrische Energiequelle in der Blackbox enthalten sein muss. Im Experiment 1 ist ja V2 größer als V1. Also muss ja in der Box irgendeine verstärkung stattfinden.

Wie wäre es mit einem simplen Transformator in der Box?

 

[Octavian1977]

Da kommt dann bei Gleichstrom aber nicht viel an V2 raus....

 

[Stromberger]

Das habe ich mir auch überlegt. Da die Box aber nur "linear circuits" enthalten soll, scheiden irgendwelche Verstärkerschaltungen demnach aus und deswegen habe ich das Schaltsymbol mit + und - auch nicht so "wörtlich" genommen.
Vielleicht gibt es aber auch eine andere Lösung.

 

[Pumukel]

Hier mal meine Lösung : etwas rechnen muss der TE dann schon selber .

 

[patois]

Und wo bleibt die "current source" ?

Meines Erachtens ist die in Beitrag #13 angesprochene Zweitormatrix der Lösungsansatz,
und diese Art der Bearbeitung der Aufgabe ist wohl auch vom Aufgabensteller angedacht.
.

 

[patois]

Meine Lösung für Experiment-1 sieht wie folgt aus:

Zum Vergrößern bitte ins Bild klicken !

.

 

[Pumukel]

da hast du nur einen kleinen Denkfehler denn am Ausgang hast du da 9 V !