Teilklausur Physik 2 (GPh2) am

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1 Name, Matrikelnummer: Teilklausur Physik 2 (GPh2) am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik, Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau Zugelassene Hilfsmittel: Beiblätter zur Vorlesung Physik 2 im SS 00 (Prof.Müller, Prof.Sternberg) oder folgende SS ohne Veränderungen oder Ergänzungen, Taschenrechner (ohne drahtlose Übertragung mit einer Reichweite von größer als 30 cm wie Funkmodem, IR- Sender, Bluetooth) Dauer: 2 Stunden (einschließlich der anderen beiden Teilklausuren) Zur Klausur gehören außer diesem Teil noch die Teilklausuren Thermodynamik und Technische Mechanik. Alle drei Teilklausuren müssen abgegeben werden! Maximal erreichbare Punktezahl: 100. Bestanden hat, wer mindestens 50 Punkte erreicht. Maximal erreichbare Punktezahl dieser Teilklausur: 60. Bitte beginnen Sie die Lösung der Aufgabe unbedingt auf dem betreffenden Aufgabenblatt! Falls Sie weitere Blätter benötigen, müssen diese unbedingt deutlich mit der Aufgabennummer gekennzeichnet sein. Achtung! Bei dieser Klausur werden pro Aufgabe 1 Punkt für die Form (Gliederung, Lesbarkeit, Rechtschreibung) vergeben! Bitte kennzeichnen Sie dieses Blatt und alle weiteren, die Sie verwenden, mit Ihrem Namen und Ihrer Matrikelnummer. AUFGABE MÖGLICHE PUNKTZAHL 1.a 8 1.b 5 1.c 6 2.a 6 2.b 6 2.c 7 3.a 3 3.b 6 3.c 3 3.d 7 Form 3 Summe 60 Thermo 20 TM 20 Gesamt 100 ERREICHTE PUNKTZAHL Seite 1 von 1

2 1. Beamer Sie entwerfen einen Beamer (Videoprojektor). Das bildgebende Bauteil, meist eine LCD- Matrix, hat eine Kantenlänge von 12 mm. Das in einem Abstand von 5 m von der Projektionslinse projizierte Bild hat eine Kantenlänge von 2 m. a. Wie groß ist die Gegenstandsweite der Anordnung? Welche Brennweite hat die Projektionslinse? Handelt es sich um eine Konvex- oder um eine Konkavlinse? b. Eine weitere Linse, die Kondensorlinse, bildet die auf der optischen Achse befindliche Lichtquelle auf die Projektionslinse scharf ab. Der Abstand zwischen Lichtquelle und Projektionslinse beträgt 15 cm, zwischen Lichtquelle und Kondensorlinse 3 cm. Wie groß ist die Brennweite der Kondensorlinse? c. Die oben beschriebene Kondensorlinse bewirkt, dass die meisten Strahlen durch den zentralen Bereich der Projektionslinse gehen. Was bedeutet das für den Durchmesser der Projektionslinse? Bei der oben beschriebenen Anordnung aus Lichtquelle und Kondensorlinse, schätzen Sie ab, wie viel Prozent des Lichts der Lichtquelle für die Abbildung verwendet werden, wenn die Lichtquelle isotrop (in alle Richtungen gleich) strahlt und die Kondensorlinse einen Durchmesser von 4 cm hat. Seite 2 von 2

3 2. Schatz Im Teutoburger Wald finden Sie einen Schatz. Neben den Schmuckstücken befindet sich ein gut erhaltenes Holzstück. Man stellt massenspektroskopisch fest, dass 1 g des Holzes Kerne des Kohlenstoffisotops C 14 enthält. In der Atmosphäre (und damit auch in frischem Holz) enthält 1 g Kohlenstoff C 14 Kerne. Der C 14 Anteil an den Kohlenstoffatomen in der Atmosphäre ist über Jahrtausende als konstant anzusehen. C 14 zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5600 Jahren. a. Welches Alter hat das Holzstück? b. Man misst mit einem Zählrohr die Aktivität von 1 g des gefundenen Holzes. Wieviel f df Zerfallsereignisse pro Minute kann man erwarten? (Hinweis: Es gilt ) t dt c. Der Fehler bei der Bestimmung der Anzahl von C 14 Kernen in 1 g ist 10 %. Wie groß ist daher der relative und absolute Fehler bei der Bestimmung des Alters des Holzstücks? Man verwende das Gauß sche Fehlerfortpflanzungsgesetz. Seite 3 von 3

4 3. Chrom Das Element Chrom hat die Ordnungszahl Z = 24. Es ist ein Nebengruppenelement, d.h., bis 3p sind alle Elektronenzustände besetzt, 4s ist mit einem Elektron und 3d mit 5 Elektronen besetzt. (Elementarladung = 1, C) a. Wie groß ist die elektrische Ladung des Chrom-Atomkerns? b. Geben Sie die Quantenzahlen aller Elektronen des Chrom-Atoms an, indem Sie eine Tabelle mit den Spaltenüberschriften Hauptquantenzahl, Nebenquantenzahl, magnetische Quantenzahl, und Spinquantenzahl verwenden. (Hundsche Regel: bei nicht voll besetzten Konfigurationen richten sich die Spins zunächst parallel aus) c. Eisen (Z = 26) ist ebenfalls ein Nebengruppenelement. Warum hat es ähnliche Eigenschaften wie Chrom? d. Die Bindungsenergie eines Elektrons des Wasserstoff-Atoms (ohne Berücksichtigung von 13,6eV Bahndrehimpuls und Spin) ist gegeben durch E = mit der Hauptquantenzahl n. 2 n Ein Photon welcher Frequenz und Wellenlänge wird im Vakuum abgestrahlt, wenn ein Elektron vom 3p- in den 1s-Zustand übergeht? (h = 6, Js, c = 2, m/s) Seite 4 von 4

5 Lösung zu Aufgabe 1 (Beamer): Seite 5 von 5

6 Lösung zu Aufgabe 2 (Chrom): Seite 6 von 6

7 Lösung zu Aufgabe 3 (Schatz): Seite 7 von 7