In einer Stadt wird die elektrische Leistung von P_nutz = 230 MW bei einer Spannung U = 230 V benötigt. Der elektrische Widerstand der Fernleitung beträgt  20 Ω.

Fall 1: Direkte Übertragung der elektrischen Leistung

Ergänze die Lücken. Führe dazu die notwendigen Berechnungen durch.

Die Stromstärke I in der Stadt beträgt: I = .............

In der Fernleitung tritt ein Spannungsverlust auf (Spannungsabfall): U_Verlust = .............

Verlustleistung in der Fernleitung: P_Verlust =  ..............

Vom Kraftwerk ins Netz einzuspeisende elektrische Leistung; P_zu =  ..............

Wirkungsgrad: η = P_nutz/P_zu = ............... 

Einordnung in den Lehrplan

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

- aus den Windungszahlen der Primär- und Sekundärspule ein Spannungsverhältnis bestimmen

- die Notwendigkeit der Verwendung hoher Spannungen für den Transport elektrischer Energie begründen.

Hinweise zum Erwartungshorizont

Fall 1: Direkte Übertragung der elektrischen Leistung

Ergänzung der Lücken: Die Stromstärke I in der Stadt beträgt: I = 1 000 000 A In der Fernleitung tritt ein Spannungsverlust auf (Spannungsabfall): UVerlust = R · I = 20 Ω  1 000 000 A = 20 000 000 V Verlustleistung in der Fernleitung: PVerlust = UVerlust · I = 20 000 000 V · 1 000 000 A = 20 000 000 MW Vom Kraftwerk ins Netz einzuspeisende elektrische Leistung: Pzu = Pnutz + PVerlust = 20 000 230 MW ≈ 20 TW Wirkungsgrad: η = Pnutz/Pzu = 0,000011 = 0,0011 %