Tutorium Physik 2. Elektrizität
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- Felix Bader
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1 1 Tutorium Physik. Elektrizität SS 16.Semester BSc. Oec. und BSc. CH Tutorium Physik Elektrizität Großmann
2 Themen 7. Fluide 8. Rotation 9. Schwingungen 10. Elektrizität 11. Optik 1. Radioaktivität Tutorium Physik Elektrizität Großmann
3 3 10. ELEKTRIZITÄT Tutorium Physik Elektrizität Großmann
4 10.1 Coulombkraft: Lösung a m 1,60 10 C 1,60 10 C 1 af. 8,99 10 N C (0,59m) m, C ,99 10 N C 0,798m 8 8, N Tutorium Physik Elektrizität Großmann
5 10.1 Coulombkraft: Lösung b m 1,60 10 C 1,60 10 C 11 b. F 8,99 10 N C (5,9 10 m) 1 m, C Tutorium Physik Elektrizität Großmann ,99 10 N C, m 8 8,45 10 N Vergleich von F und F : F 8 8,45 10 N F 10 F 0 1 1
6 10. Punktladung: Lösung 10 Gegeben: r = 10 cm = 0,1 m F = 100 N Gesucht : q q 1 9 m q1 q F 8,9910 N C r m 8,9910 N C 9 F r q 1 q q q F r m 8,99 10 N C Tutorium Physik Elektrizität Großmann
7 10. Punktladung: Lösung q q F r m 8,99 10 N C N 0,1 m m 9 8,9910 N C 10 1,11 10 C Tutorium Physik Elektrizität Großmann
8 10. Punktladung: Lösung 1 q q q ,11 10 C q ,11 10 C 1, C = 10,545 μc Die Ladung der beiden Teilchen beträgt je 10,545 µc Tutorium Physik Elektrizität Großmann
9 10.3 Massenpunkt: Lösung 14 Gegeben: r = 10 cm = 0,1 m F = 300 N Gesucht : q q 1 9 m q1 q F 8,9910 N C r m 8,9910 N C 9 F r q 1 q q q F r m 8,99 10 N C Tutorium Physik Elektrizität Großmann
10 10.3 Massenpunkt: Lösung 15 F r q1 q 9 m 8,9910 N C 300 N 0,1 m m 9 8,9910 N C 10 3, C Tutorium Physik Elektrizität Großmann
11 10.3 Massenpunkte: Lösung 16 q q q , C q , C 1, C Die Ladung der beiden Teilchen beträgt je 1, C Tutorium Physik Elektrizität Großmann
12 10.4 Abstand zweier Teilchen: Lösung 1 Gegeben: F = 4,3110 N q q q ges 1 6C Gesucht: r m q1 Ansatz: F=8,99 10 N C r 9 m q q r = 8,9910 N C F = q 9 1 8, N m C 1 4,3110 N C 9 0,114 m 11,4cm Tutorium Physik Elektrizität Großmann
13 10.5 Konstantan: Lösung 0 Gegeben: R= 5 Ω U =40V Gesucht: I U RI U 40 V I 1, 6 A R Tutorium Physik Elektrizität Großmann
14 10.6 Widerstände: Lösung a. Geg.: R = R = R = 300 Ges.: R 1 3 ges a. R ges = R 1 + R + R Tutorium Physik Elektrizität Großmann
15 10.6 Widerstände: Lösung b. Geg.: R = R = R = Ges.: Rges b. R R R R ges R ges Tutorium Physik Elektrizität Großmann
16 10.7 Parallelschaltung: Lösung 5 Berechnung des Widerstandes einer Glühlampe: P U I; U RI P U I ; R U I U 30 V V R 13,5 P 40 W V A 13, Tutorium Physik Elektrizität Großmann
17 10.7 Parallelschaltung: Lösung 6 Berechnung des Gesamtwiderstandes: R R R ges Rges R R 13,5 13,5 661,5 1 Der Widerstand beträgt 661,5 Ω Tutorium Physik Elektrizität Großmann
18 10.8 Reihenschaltung: Lösung 8 Berechnung des Widerstandes: P U I; U RI P U I ; R U I U 30 V V R 13,5 P 40 W V A 13, Tutorium Physik Elektrizität Großmann
19 10.8 Reihenschaltung: Lösung 9 Berechnung des Gesamtwiderstandes: Rges R1 R 13,5 13,5 645 Berechnung der Leistung: U 30 V V A P 0 0 W R 645 V Die Leistung beträgt 0 W Tutorium Physik Elektrizität Großmann
20 10.9 Wechselstrom: Lösung 31 Gegeben: U = 30 V I = 16 A Gesucht: P in kw P U I = 30 V 16 A 3680 W 3,68 kw Tutorium Physik Elektrizität Großmann
21 10.10 Destillieranlage: Lösung 33 Gegeben: P=,4 kw = 40 W U = 30 V Gesucht: R P 40 W PU I I 10,5 A U 30 V U 30 V U RI R 1,85 I 11 A Tutorium Physik Elektrizität Großmann
22 10.11 Kapazität: Lösung a Tutorium Physik Elektrizität Großmann
23 Kapazität: Lösungen b und c b. Eine Spannungsquelle lädt die Kapazität auf. Dabei entsteht ein Elektronenüberschuss auf der negativen Platte und ein Elektronenmangel auf der positiven Platte. c. Beim Entladen: t technisch: t = 5 Beim Laden: t 0s Tutorium Physik Elektrizität Großmann
24 10.1 Kondensator, Entladevorgang: Lösung a. 38 Geg.: U 30 V Q C R a. Ges.: C, Q 1.150C C= 5F U 30V RC 5F10s Tutorium Physik Elektrizität Großmann
25 10.1 Kondensator, Entladevorgang: Lösung b. (I) b. Ges.: t -t U t = U0 e 10V 39 U t =U Tutorium Physik Elektrizität Großmann e -t U t -t =e x ln, da ln e U Ut -t ln = U0 x
26 10.1 Kondensator, Entladevorgang: Lösung b. (II) b. Ges.: t Ut -t ln = U0 U t ln =- t U0 U t - ln = t U Tutorium Physik Elektrizität Großmann
27 10.1 Kondensator, Entladevorgang: Lösungen b. (III) und c. b. Ges.: t t 10V = ln 10s 30V 3, s 31,355s 41 c. theoretisch nie, praktisch nach ca Tutorium Physik Elektrizität Großmann
28 10.13 Kondensator, Aufladevorgang: Lösung a. (I) Gegeben: = 3s U = 10V t 0s t,08s 0 0 t 3s t = 6s t = 10s t 15s Ansatz: U t U 1e a. Gesucht: U t bis U t t 3 5 U t U e 0s 3s 0 0s 10V 1 0V 1 43,08s 3s 1 U t1 U t 10 V 1e 5,00V U t U e Tutorium Physik Elektrizität Großmann 3s 3s 3s 10V 1 6,3V
29 10.13 Kondensator, Aufladevorgang: Lösung a. (II) Gegeben: = 3s U = 10V t 0s t,08s 0 0 t 3s t = 6s t = 10s t 15s a. Gesucht: U t bis U t 3 5 6s 3s 3 6s 10V 1 8,65V U t U e U t U e U t U e 10s 3s 4 10s 10V 1 9,64V 15s 3s 5 15s 10V 1 9,93V Tutorium Physik Elektrizität Großmann
30 10.13 Kondensator, Aufladevorgang: Lösung b. b. Spannung U(t) in V Zeit t in s Tutorium Physik Elektrizität Großmann
31 10.13 Kondensator, Aufladevorgang: Lösung c. c. Gesucht: U t U 1e U t e U 0 t 0 1e t t U t 1 U t U t ln1 U0 0 Ut -t ln 1 U0 t U t ln 1 U0 6s 8,65V ln 1 10V,996s 3s Tutorium Physik Elektrizität Großmann
32 10.13 Kondensator, Aufladevorgang: Lösung d. d. Gesucht: t bei U t 0,510V =,5V U t U 1e U t e U Tutorium Physik Elektrizität Großmann 0 t 0 1e t U t 1 U t t U t ln1 U0 0 Ut t ln1 U0 U t t ln1 U0,5V t ln1 3s 10V 0,8630s 47
33 10.14 Kapazität: Lösung 49 6 Gegeben: C = μf = 10 F U = 400 V Gesucht: E in mws E kap 1 1 CU 10 F 400 V 160 mws 6 Die gespeicherte Energie beträgt 160 mws Tutorium Physik Elektrizität Großmann
34 10.15 Kondensator, Energie: Lösung Gegeben: U= 30 V R 40 = 7s Gesucht: E Kap 1 Ansatz: E Kap CU mit: RC C R 1 EKap U R 1 7s EKap 40 7, J -1 7, kj 30V Tutorium Physik Elektrizität Großmann
35 Magnetische Kraft: Lösung a. Das Elektron wird nach links auf eine Kreisbahn abgelenkt. b. Das Proton wird nach rechts auf eine Kreisbahn abgelenkt. c. Neutron wird nicht abgelenkt und bewegt sich weiter linear Tutorium Physik Elektrizität Großmann
36 10.17 Konstantan: Lösung Berechnung des Widerstands des Drahtes mit der Querschnittsfläche des Drahtes: Tutorium Physik Elektrizität Großmann 55 l R A d A l R d
37 10.17 Konstantan: Lösung 56 Berechnung des Widerstands des Drahtes mit der Querschnittsfläche des Drahtes: d,00 R mm 5 l Ω mm 0,5 m 157,08 m Tutorium Physik Elektrizität Großmann
38 10.18 Aluminium: Lösung a) 58 R A R l A d l 400m 5,3nm d 0,8 mm Tutorium Physik Elektrizität Großmann
39 10.18 Aluminium: Lösung b) 59 Berechnung der Querschnittsfläche des Leiters: Berechnung des Widerstandes: Tutorium Physik Elektrizität Großmann d 0,8 mm A pi pi 0,503 mm R l mm Alu 0,08 A m Berechnung der Stromstärke: I U 30 V 10,33 A R,66 Die Stromstärke beträgt 10,33 A. 400 m 0,503 mm
40 10.19 Kupferleitung: Lösung Berechnung des Widerstandes: l ges R 163, l 4km ges Kupfer l A Der Widerstand beträgt 163, Ω. 0, m mm,5 mm m Tutorium Physik Elektrizität Großmann 61
41
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