an den Realschulen in Bayern Lösungsvorschlag = + Q = 0,16 A 10 60s 96C

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1 hysik Elekriziäslehre I Abschlussprüfung Seie von 00 Aufgabengruppe A Aufgabe A A.. Bei der Reihenschalung von R und R gil: R R+ R U 9, 0 V I I R 55Ω ab U I I 0,6A ab 9,0V 0,6A ab,4 A.. U R I U 0Ω 0,6A U,V A.. Q I Q 0,6 A 0 60s Q 96C Q 96C 0 Q n e n n n 6,0 0 9 e, 6 0 C 0 Es reen 6, 0 0 Elekronen in den idersand R ein. A..4 4 J,9 75s ( ) U 9,0 V R ges R ges Rges 4Ω, 9 idersand der arallelschalung: R Rges R R Ω Bei der arallelschalung von R und R gil: + R R R R R R R Ω 5 Ω R 67Ω A.. Erklärung ensprechend dem Unerrich, z. B.: Die Leiungselekronen reen bei ihrer Drifbewegung in echselwirkung mi den um ihre Ruhelage schwingenden, posiiv geladenen Aomrümpfen: Energieüberragung auf die Aomrümpfe hefigere Schwingungen der Aomrümpfe (Temperaurerhöhung des Leiers) häufigere echselwirkungen zwischen Leiungselekronen und Aomrümpfen; zunehmende Behinderung der Drifbewegung der Leiungselekronen: Der idersand nimm zu, die Sromsärke sink. A.. Rneu 0 R

2 hysik Elekriziäslehre II Abschlussprüfung Seie von 00 Aufgabengruppe A Aufgabe A A.. Sreckenabschni [BC]: Die Geschwindigkei des agens nimm ab. Sreckenabschni [CE]: Der agen fähr mi konsaner Geschwindigkei weier. Sreckenabschni [EF]: Die Geschwindigkei des agens nimm ab. A.. Sreckenabschni [BC]: Das die Kupferplae durchsezende Magnefeld änder sich zeilich. In der Kupferplae werden irbelsröme induzier. Die Magnefelder der irbelsröme überlagern sich mi dem äußeren homogenen Magnefeld. Dadurch wird nach dem Energieerhalungssaz (Lenz sche Regel) der agen abgebrems. Sreckenabschni [CE]: Die Kupferplae wird von einem konsanen Magnefeld durchsez. In der Kupferplae werden nun keine irbelsröme induzier. Es reen keine bewegungshemmenden Kräfe auf (keine Änderung der kineischen Energie) und dami erfolg keine Änderung des Bewegungszusandes. A.. Der Topf aus Gusseisen wirk auf der Kochselle als Joch. Nach dem Schließen des Schalers fließ ein echselsrom, dessen magneisches echselfeld die Spule, den U-förmigen Eisenkern und den Topfboden durchsez. Dadurch werden im Topfboden irbelsröme induzier. Erwärmung des Topfbodens und des assers A.. Beobachung: Das asser im Glasgefäß wird nich erwärm. Im Gefäßboden aus Glas können keine irbelsröme aufreen, da Glas kein elekrischer Leier is. Somi werden weder der Gefäßboden noch der Inhal erwärm. Die Benoung erfolg durch die jeweilige Lehrerkraf in eigener pädagogischer Veranworung (Ar. 5 BayEUG). (Informaionen, die der Formelsammlung ennommen wurden, sollen im Allgemeinen nich bewere werden, es sei denn, die Zuordnung ensprechender Informaionen zu einer Aufgabensellung is eine für die Bewerung

3 hysik Aom und Kernphysik Abschlussprüfung Seie von 00 Aufgabengruppe A Aufgabe A A. 4 N + n 4 C + p ( + γ ) A. C-4-Mehode ensprechend dem Unerrich, z. B.: Lebende Organismen nehmen über die Nahrung und die Amung C-4-Isoope auf. Es sell sich durch Aufnahme und Zerfall von C-4-Isoopen ein Gleichgewichszusand ein, so dass deren Konzenraion im Körper nahezu konsan bleib. Sirb der Organismus ab, so wird die Aufnahme von C-4 gesopp. Im Laufe der Zei zerfallen C-4-Isoope in dem oen Organismus. Durch Vergleich des C-4-Gehales bei lebenden und oen Organismen kann mi Hilfe des Zerfallsgesezes und der Halbwerszei das Aler einer robe besimm werden. A. A() A 0 T T log A() A0 570a log, 60 5, 5,7 0 a A.4 m m 0 m0 Uner der Halbwerszei eines radioakiven Soffes verseh man die Zeispanne, innerhalb der von der radioakiven Subsanz nur noch die Hälfe der Anfangsmasse vorhanden is. 0 T A.5 4 C 4 N + 0 e ( + γ ) 6 7 A.6 A.7 Eigenschafen ensprechend dem Unerrich, z. B.: ablenkbar in elekrischen und magneischen Feldern Reichweie in Luf einige Meer Abschirmung durch eine dünne (d > 4 mm) Aluminiumplae möglich Ursachen ensprechend dem Unerrich, z. B.: Aombombenversuche häufige radiologische Unersuchungen Srahlenbelasung bei Flugreisen

4 hysik Energie Abschlussprüfung Seie 4 von 00 Aufgabengruppe A Aufgabe A 4 A 4. A 4. Klima 4,5 k Klima Moor 80 k Moor Der prozenuale Aneil der Moorleisung beräg 5,6%. Der Klimaanlage zugeführe Energie: 0,056 Klima Klima Klima 4,5k,0h Klima 4,5kh Klima 6MJ Vom Benzin abgegebene Energie: Benzin η Klima Benzin 6 MJ Benzin 0,5 46MJ Zugehöriges Benzinvolumen: V Benzin 46 MJ MJ kg 44 0, 75 kg dm VBenzin,4dm A 4. A 4.4 Der durchschniliche Verbrauch is geringer, da die Klimaanlage nich immer mi Höchsleisung berieben wird. Beim Berieb der Klimaanlage zusäzlich verbrauches Benzin: dm V,4 0h h V 0,7 0 dm Dabei ausgesoßener Aneil an CO : kg m 0,70dm,7 dm m 46 0 kg A 4.5 Lösung ensprechend dem Unerrich, z. B.: Ein Großeil der chemischen Energie des Treibsoffs wird nich genuz: Erwärmung des Moors durch Verbrennung des Treibsoffs Erhöhung der inneren Energie aller beweglichen Teile des Moors durch Verrichung von Reibungsarbei

5 hysik Elekriziäslehre I Seie 5 von Abschlussprüfung 00 Aufgabengruppe B Aufgabe B B.. A in mm² 0,0 0,07 0, 0,0 0,8 0,79 R in Ω 7,6 4,9,6, R A in Ω mm² 0,96 0,9 0,99 0,98 0,99 0,95 Ergebnis: R A konsan oder R (für konsan) A B.. Schalskizze und Beschreibung ensprechend dem Unerrich, z. B.: Bei unerschiedlich langen Konsanandrähen mi gleicher Querschnisfläche werden jeweils die anliegende Spannung und die dazugehörige Sromsärke gemessen. B.. ρ R A 0, 97 Ω mm² ρ, 00 m Ω mm² ρ 0, 49 m B.. Diagramm: B.. Erklärung ensprechend dem Unerrich, z. B.: I in ma In der ladungsrägerarmen Zone herrsch ein elekrisches Feld, das gegen das äußere Feld der Elekriziäsquelle geriche is. Überschreie die angelege Spannung die Schleusenspannung, so wird die ladungsrägerarme Zone mi beweglichen Ladungsrägern überschwemm. Durch den Abbau der Raumladung nimm die elekrische Leifähigkei im Grenzbereich zwischen p- und n- Schich zu. Elekronen bewegen sich zum lus-, Defekelekronen zum Minuspol der Elekriziäsquelle. Die Sromsärke nimm sark zu. 0 B.. Beispiele ensprechend dem Unerrich, z. B.: Gleichricher Solarzellen LED 0 0,0 U in V

6 hysik Elekriziäslehre II Seie 6 von Abschlussprüfung 00 Aufgabengruppe B Aufgabe B B.. Beobachung: Mi geringer werdender Enfernung zwischen eicheisenkern und Hufeisenmagne nimm die Sromsärke zu. B.. Beobachung: Das Srommessgerä zeig keinen Sromfluss an. Es erfolg keine zeiliche Änderung der Särke des Magnefeldes in der Spule. Es ri keine Indukionsspannung auf und somi fließ kein Indukionssrom. B.. Beobachung: Das Srommessgerä zeig einen Indukionssrom an, dessen Richung jedoch engegengesez zu der in.. is. Durch das Abziehen des Magneen vom eicheisenkern nimm die Särke des von der Spule umfassen magneischen Feldes im Gegensaz zu.. zeilich ab. In der Spule wird eine Spannung induzier, die im geschlossenen Sromkreis einen Indukionssrom zur Folge ha. Die Indukionssröme von.. und.. sind engegengesez geriche (Lenz sche Regel). B.. s η p 4,5V 0,50 A η 0 V 0,040 A η 0, 4 ( η4% ) B.. Sromfluss in der rimärspule: In der rimärspule wird wegen ihres Ohm schen idersandes elekrische Energie in innere Energie umgewandel. Im eicheisenkern wird wegen der sändigen Ummagneisierung und der dami aufreenden irbelsröme elekrische Energie in innere Energie umgewandel. B.. el U I el 0 V 0,00 A 65 4 h el 0kh 0,6 Kosen 0 kh Kosen, kh ( Kosen, 0 )

7 hysik Aom- und Kernphysik Seie 7 von Abschlussprüfung 00 Aufgabengruppe B Aufgabe B B. Beispiele ensprechend dem Unerrich, z. B.: die Srahlung möglichs vollsändig abschirmen größmöglichen Absand zur Srahlungsquelle halen möglichs kurze Aufenhalsdauer im Bereich radioakiver Srahlung keine Inkorporaion radioakiver Soffe B. Beispiele gemäß dem Unerrich, z. B.: Überprüfung von Schweißnähen Serilisaion von Keimen Srahlenherapie B.. 87 Rb 87 Sr + 0 e ( + γ) Rb sende β -Srahlen aus. T B.. Halbwerszei: N() N 0 T N() log N 0 9,8 0 a T log 0,946 T 0 4,7 0 a B.4. Zeichnung ensprechend dem Unerrich, z. B.: B.4. Isoope sehen im A-Z-Diagramm senkrech unereinander. 5 A α U 0 Th β a α Die Benoung erfolg durch die jeweilige Lehrkraf in eigener pädagogischer Veranworung (Ar. 5 BayEUG). (Informaionen, die der Formelsammlung ennommen wurden, sollen im Allgemeinen nich bewere werden, es sei denn, die Zuordnung ensprechender Informaionen zu einer Aufgabensellung is eine für die Bewerung 6 Ac β Th Z

8 hysik Energie Seie 8 von Abschlussprüfung 00 Aufgabengruppe B Aufgabe B 4 B 4.. Durchschniliche jährliche Leisung: el kh 65 4 h 9,6G B 4.. max η zu zu 8, G zu 0,87 G Die pro Sekunde zugeführe Energie beräg assers. zu GJ und ensamm der poenziellen Energie des zu 9 0 Nm m m g h N 9,8 00 m kg m 6 0 kg ( m 0 ) Daraus ergib sich ein asservolumen von fließ. V 0 m, das in jeder Sekunde durch die Turbinen B 4.. Voreile ensprechend dem Unerrich, z. B.: keine Emission von Kohlensoffdioxid unerschöpfliche Energiequelle Hochwasserregulaion in gewissem Umfang möglich Nacheile ensprechend dem Unerrich, z. B.: Überfluung großer Flächen vermindere Selbsreinigung des Flusses künsliches Hindernis für Fische B 4. Nichausschöpfung der Grundlas von 0 Uhr bis 6 Uhr und von Uhr bis 4 Uhr Möglichkeien ensprechend dem Unerrich, z. B.: Hochpumpen von asser in den höher gelegenen Speicher eines umpspeicherkrafwerks Umwandlung elekrischer Energie in andere Energieformen, z. B. Gewinnung von assersoff (chemische Energie)

9 hysik Elekriziäslehre I Abschlussprüfung Seie 9 von 00 Aufgabengruppe C Aufgabe C C.. und C.. Q in 0 C el in kj 0 0,88,84,87,6 4,69 el Q in J C - 4,9 5,0 5, 4,9 5, oder grafische Auswerung ensprechend dem Unerrich Ergebnis: el Q konsan oder el Q C.. U el Q 4,9V+ 5,0V+ 5,V+ 4,9V+ 5,V U U 5,0V 5 oder mi Hilfe des Diagramms aus.. ensprechend dem Unerrich C..4 C.. Die Sromsärke is in der Zuleiung und in dem Heizdrah bei einer Reihenschalung gleich. Die Heizleisung soll in dem Heizdrah erbrach werden. egen I R muss der idersand des Heizdrahes möglichs groß sein. Dies erreich man durch eine große Leierlänge, durch eine kleine Querschnisfläche und durch einen relaiv hohen spezifischen idersand des Heizdrahes. Definiion: Der elekrische idersand besimmer Maerialien wird für eine Temperaur klein. T T unmessbar Sprung C.. Diagramm ensprechend dem Unerrich, z. B.: R C.. Anwendungen ensprechend dem Unerrich, z. B.: Magneschwebeechnik Kernspinomographie T Sprung T

10 hysik Elekriziäslehre II Abschlussprüfung Seie 0 von 00 Aufgabengruppe C Aufgabe C C.. Skizze ensprechend dem Unerrich, z. B.: 85Ω 0kV 0kV Umspannwerk Bei dieser Energieüberragung ergib sich in der Fernleiung mi dem idersand R Leiung der Leisungsverlus el RLeiung I. Einer Verringerung des elekrischen idersandes der Fernleiung sind echnische und wirschafliche Grenzen gesez R Leiung ρ. A Um den Leisungsverlus el möglichs gering zu halen, muss die Sromsärke I in der Fernleiung möglichs klein sein. Die Sromsärke in der Fernleiung verringer sich, wenn die Spannung durch einen Transformaor erhöh wird. C.. I U I 6 6, V I 6,0 0 A S I 6 6, V S IS 55A C.. Leisungsverlus: I R ( 55A) 85Ω el S el el C..4 irkungsgrad: η nuz zugeführ η 6 6 6, 0 0 0, , 0 0 η0,95 Der irkungsgrad der Energieüberragung beräg 95%. C. In der Spule ändern sich die Sromsärke, die Sromrichung und das von der Spule erzeuge Magnefeld periodisch: Es ri eine Selbsindukionsspannung auf, die der angelegen Spannung engegen wirk. Näher sich ein Fahrzeug mi Baueilen aus ferromagneischen Soffen, so wird das magneische echselfeld versärk. In der Spule ri eine höhere Selbsindukionsspannung auf, die sich im Rhyhmus der angelegen echselspannung änder. Die resulierende Spannung und die Sromsärke nehmen ab: Der Schalvorgang wird ausgelös.

11 hysik Aom- und Kernphysik Abschlussprüfung Seie von 00 Aufgabengruppe C Aufgabe C C. und C. 0 A in kbq 4, 0 in a C Cs Ba + e + γ Aus der Zeichnung is zu ennehmen, dass am noch eine Akiviä von 4, kbq vorhanden war. (Zeichnungsbedinge Abweichungen sind zugelassen.) C.4 Cs-7 räpara β γ Die γ -Srahlung durchquer das Magnefeld geradlinig, da sie elekrisch neural is. Die β -Teilchen werden beim Durchqueren des Magnefeldes nach unen abgelenk, da sie elekrisch negaiv geladen sind (UV- Regel der linken Hand). C.5 Es gib naürliche (kosmische/erresrische) und künsliche, vom Menschen verursache radioakive Srahlung. Der Geiger-Müller-Zähler regisrier diese Srahlung auch ohne Vorhandensein eines räparaes.

12 hysik Energie Seie von Abschlussprüfung 00 Aufgabengruppe C Aufgabe C 4 C 4.. C 4.. C 4.. Energieumwandlungen ensprechend dem Unerrich, z. B.: poenzielle Energie des assers in kineische Energie des assers kineische Energie des assers in Roaionsenergie der Turbinen Roaionsenergie der Turbinen in elekrische Energie im Generaor Lösung ensprechend dem Unerrich, z. B.: Verrichung von Reibungsarbei in den Lagern von Turbinen und Generaor Erwärmung der Spulendrähe durch Sromfluss Lösung ensprechend dem Unerrich, z. B.: Voreil: Kein Beirag zum (künslichen) Treibhauseffek Nacheil: Veränderung des Landschafsbildes C 4.. Hub N m g h Hub 65kg 9,8 0 m Hub kg 0,7MJ C 4.. 0,7 0, 6 0 Hub 6 6 kh Hub 0,0kh Lohn 0,5 0, 0 kh Lohn 0,00 kh ( Lohn 0,0 ) C 4.. Hub 6 0,7 0 J ( + ) s 0 C 4..4 Außer der in 4.. berechneen Hubarbei wird Reibungsarbei verriche, z. B.: in allen Lagern des Fahrrads zwischen Kee und Zahnkränzen zwischen Boden und Reifen durch den Lufwidersand