Rheinische Fachhochschule Köln

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1 Rheinische Fachhochschule Köln Matrikel-Nr. Nachname Dozent Ianniello Semester Klausur BP I, S K9 Datum Jan. 0 Fach Grundlagen der Elektrotechnik Genehmigte Hilfsmittel: Formelsammlung Taschenrechner Papier, Lineale, Stifte Urteil Ergebnis: Punkte Zeit: Stunden Anmerkungen Tragen Sie den/die Lösungs-Buchstaben bzw. das Ergebnis in das freie Feld rechts neben der Frage ein. Keine, eine aber auch mehrere Antworten sind möglich Führen Sie die Berechnung direkt hinter der jeweiligen Aufgabe aus (gleiche bzw. nächste freie Seite) Teilpunkte gibt es nur für eine lesbare und strukturierte Berechnung (allg. Formel als Ansatz, Berechnung aus zusammen hängenden Gleichungen, sauber geschrieben) Tragen Sie das Ergebnis in das freie Feld rechts neben der Frage ein. Ein leeres Feld wird als Unsicherheit angesehen, daher nicht mit der vollen Punktzahl bewertet, auch wenn die Berechnung vorliegt. Als Ergebnis zählen keine Brüche oder Formeln. Richtige Ergebnisse ohne Einheit erhalten nur 50% der vollen Punktzahl. Zahlenschlangen (4) oder 0,0... -Zahlen (z.b. 0,0 A statt 0 ma oder 0-A) vermindern die Punktzahl. Die Präsenz eines Handys wird mit einem Täuschungsversuch gleichgesetzt. Die Klausur wird dann sofort eingezogen. Viel Erfolg! K9_-0-A_L.odt Seite von 4

2 .Elektrostatik # Frage Antw. P. Joule (J) Was für eine Einheit ergibt sich aus folgenden Einheiten? Wie viele Elementarladungen hat das Proton im Kern des H-Atoms? Eine Welche Formel beschreibt die Fläche gleichen Potenzials (Äquipotenzialfläche) einer Punktladung Q? Kugelfläche: A = 4πr² 4 Wie groß ist die Coulombkraft zwischen zwei Drähten, die jeweils mit Elektronen bestückt sind? Die Drähte sind jeweils 40 cm lang, ihre Achsen 40 cm voneinander entfernt und sie haben einen Durchmesser von,54 mm. 7, 0-8 N 5 Wie viel Elektronen müsste man zusammentragen, um,6 mc zu erhalten? 06 Elektronen 6 Wie viel größer ist die abstoßende Kraft, wenn man zwei Stecknadelköpfe mit je 0 überschüssigen Elektronen 900 fach größer einander gegenüber legt, im Vergleich zu der Kraft, wenn nur je ein Elektron auf jedem Stecknadelkopf wäre? 7 Wie stark ist das elektrische Feld zwischen einer SchweißElektrode und dem Werkstück, wenn der Lichtbogen zündet? Die Elektroden ist mm vom Werkstück entfernt. bis, MV/m (Durchschlagsfestigkeit) 8 Nennen Sie zwei Beispiele für sogenannte elektrische Ladungsträger. Elektron, Proton, Kation, Anion 9 Was wird als Influenz bezeichnet? A) Das Aufbringen von überschüssigen Ladungen auf einen neutralen Körper, B) Der Ladungsausgleich zwischen zwei unterschiedlich geladenen Körpern, C) Die Ladungsverschiebung in einem Metall, D) Der Aufbau einer Funkenstrecke durch Ionisierung der Luftmoleküle C Summe 0 ( ) CAs m As m² Vm Lösung zur Aufgabe.4 K9_-0-A_L.odt Seite von 4

3 .Gleichstrom # Frage Die Schaltung enthält eine Spannungsquelle mit der Spannung U = 48 V sowie die Widerstände R = 60 Ω, R = 80 Ω, R = 40 Ω, R4 = 00 Ω und R5 = 0 Ω. Die Schaltung soll bezüglich der Punkte A und B durch eine elektrisch gleichwertige Ersatzspannungsquelle ersetzt werden. a Wie groß ist die Quellenspannung UAB? b Wie groß ist der Innenwiderstand? c Handelt es sich um einen A) aktiven, B) passiven, C) Brücken- oder D) Stern-Zweipol? Welche Aussage/n ist/sind korrekt? A) Potenziale entsprechen einem Druck oder Zug auf die Ladungsträger, B) Ein hohes Potenzial erzeugt einen hohen Strom. C) Je länger eine Batterie Strom liefert, umso mehr sinkt die Potenzialdifferenz zwischen ihren Polen, D) Das Formelzeichen für ein Potenzial ist V (für Volt). Wie wird eine Stelle mit Bezugspotenzial (ein allgemeines Potenzial, auf das man sich bezieht) auch genannt? 4 Wie groß ist grundsätzlich der Widerstand einer Parallelschaltung? Antw. ÜbungsAufgabe 4-4 6, V 9 0,7 Ω A A, C Masse, Erde Antwort: Kleiner als der kleinste Teil-Widerstand Summe K9_-0-A_L.odt P. 0 Seite von 4

4 Lösung zu Aufgabe. K9_-0-A_L.odt Seite 4 von 4

5 .Sensoren/Halbleiter/Transistor # Frage Antw. P. Ein Widerstand von kω besteht aus Kupfer. Im Betrieb kommen Temperaturen bis etwa 00 C vor. αcu,9 0- /K a Wie groß ist dann die Widerstandszunahme? b Wie viel Prozent macht ΔR aus? (in %) Skizzieren Sie die Spannungsteilerschaltung eines Sensors, der einen Alarm auslösen kann, sobald eine zu hohe Temperatur auftritt. Ihnen steht ein Thermistor, eine 9VSpannungsquelle, sowie ein 0 kω Widerstand zur Verfügung. Der Widerstand des Thermistors schwankt je nach Temperatur zwischen 80 Ω und 80 kω. Der Alarm-Auslöser ist an der Ausgangsspannung angeschlossen und reagiert ab einer Spannung von 0,7V Wie verhält sich der Widerstand eines LDR üblicher Weise? Er A) sinkt mit wachsender Temperatur, B) steigt mit der Temperatur, C) steigt mit wachsendem Magnetfeld, D) sinkt mit wachsender Helligkeit, E) steigt mit wachsendem Druck. D 4 Zu welchem Zweck wird ein VDR eingesetzt? Als A) Bewegungsmelder, B) Überspannungsschutz, C) Rauchmelder, D) Thermoschalter (Bügeleisen, Wasserkocher), E) eigene Antwort B 5 Wie groß ist der Widerstand eines Thermistors bei 0 C, wenn R0 = 0 kω und B =.400 K. 0 kω 5 70 Ω 70,0% 6 Summe K9_-0-A_L.odt 0 Seite 5 von 4

6 Lösung zu Aufgabe. Lösung zur Aufgabe.5 Hier ist der Widerstand des Thermistors bei der Bezugstemperatur gefragt und gleichzeitig auch schon in der Aufgabenstellung gegeben. Setzt man als Bezugstemperatur 0 C = 9 K ein, folgt dasselbe Ergebnis: K9_-0-A_L.odt Seite 6 von 4

7 4.Elektrochemie # Antw. P. Berechnen Sie die Kosten für das 700-malige Aufladen von 4 Akkus mit der Aufschrift.00 mah bei einem Strompreis von 8 ct/kwh. Gehen Sie von η = aus.,9 9 Wie viel Silber (in g) könnte man mit Hilfe eines Akkus von.600 mah auf einem Metallblech abscheiden? Die Lösung enthält mol zweiwertige Silber-Ionen, die Spannung beträgt U = 00 V. 7,4 g 9 Ist ein mol eine Zahl, ein Gewicht oder eine Atommasse? eine Zahl 4 Welches sind die Ladungsträger in Elektrolyten? Anonen und Kationen Summe 0 K9_-0-A_L.odt Frage Seite 7 von 4

8 Lösung zur Aufgabe 4. Lösung zur Aufgabe 4. K9_-0-A_L.odt Seite 8 von 4

9 5.Magnetismus # Frage Antw. P. Wodurch werden magnetische Felder erzeugt? A) Durch magnetische Ströme, B) durch bewegte el. Ladungen, C) durch Weißsche Bezirke, D) durch Erwärmen eines magnetisierbaren Metalls oberhalb der Curie-Temperatur. B Wie heißt die Größe, die die Gesamtheit aller magnetischen Feldlinien eines Magneten angibt? (Name, nicht Formelzeichen) magnet. Fluss Auf welchen Wert ändert sich die Flussdichte von 4,5 mt, wenn man die Feldstärke einer Luftspule verdoppelt? auf 9 mt 4 Für eine Schaltung wird eine Toroid-Spule mit einem Kern aus Walzstahl benötigt. Der Kern hat einen quadratischen Querschnitt. Spulenstrom I =, A, Durchmesser der Spule di = 0 mm, da = 40 mm, n = 7 Windungen a Wie groß ist die magnetische Feldstärke?.000 A/m b Wie groß ist die Flussdichte? T c Wie groß ist der magnetische Fluss? (auf richtige Einheit achten),6 mwb 5 Welche Länge ist bei der Berechnung der Feldstärke einer Spule wichtig? A) die Länge des Drahtes, B) der Spulendurchmesser, C) der Umfang der Spule, D) die Länge der Feldlinien in der Spule? D 6 Eine waagerecht liegende Metallscheibe rotiert mit der Winkelgeschwindigkeit = 0 /s in einem homogenen Magnetfeld der Flussdichte B = 0, T. Von oben aus betrachtet dreht sich die Scheibe entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn. Weiterhin sind zwei Schleifkontakte vorhanden, die r = 0 mm und r = 0 mm von der Mittellinie entfernt angebracht sind. Welche Spannung U herrscht zwischen den Schleifkontakten?, mv 8 Summe 0 K9_-0-A_L.odt Seite 9 von 4

10 Lösung zur Aufgabe 5.4 K9_-0-A_L.odt Seite 0 von 4

11 Lösung zur Aufgabe 5.6 K9_-0-A_L.odt Seite von 4

12 6.Wechselstrom # Frage Antw. P. (48,6 j,76) Ω ma Gegeben ist die skizzierte Wechselstrom-Schaltung. XL = 00 Ω, XC = 500 Ω, R = 450 Ω, Berechnen Sie den Gesamtwiderstand Z und stellen Sie ihn in Normalform dar. Wie groß ist der Scheitelwert eines Effektivstroms von IS = 9,4 ma? Ein Kondensator, der unter einer Spannung von 40 V eine Ladung von 9,6 µc aufweist, ist an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen. Er stellt dort einen Widerstand von XC = 00 dar. a Wie hoch ist die Frequenz der Schwingung? 9,79 khz 6 b Wie lange dauert eine Schwingung in diesem Wechselstromkreis? 5, µs Summe K9_-0-A_L.odt 0 Seite von 4

13 Lösung zur Aufgabe 6. Lösung zur Aufgabe 6. a K9_-0-A_L.odt Seite von 4

14 Anhang K9_-0-A_L.odt Seite 4 von 4