Rheinische Fachhochschule Köln

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1 Rheinische Fachhochschule Köln Matrikel-Nr. Nachname Dozent Ianniello Semester BP, Ing. Klausur K 9 Datum Fach Grundlagen der Elektrotechnik Urteil Genehmigte Hilfsmittel: Formelsammlung: Kuchling Taschenrechner keine eigenen Blätter Ergebnis: Punkte Zeit: 2 Stunden Bitte vorher lesen Tragen Sie den/die Lösungs-Buchstaben bzw. das Ergebnis in das freie Feld rechts neben der Frage ein. Ein freies Feld wird als Unsicherheit interpretiert und mit Null Punkten bewertet. Keine, eine oder mehrere der A,B,C,D - Antworten sind möglich Als Zahlen-Ergebnisse gelten nur Dezimalzahlen, keine Formeln. Die Ergebnisse müssen die zugehörige Einheit beinhalten. Es gibt Punktabzüge für Zahlenschlangen oder 0,0... -Zahlen. Erlaubt sind 10 x oder Vorsilben (kilo, milli ). Sinnvolles Abrunden ist erlaubt. Teilpunkte: 1/ für den Ansatz, 1/ für die Berechnung Schreiben Sie leserlich. Interpretationsfähige Schriftzeichen werden nicht bewertet. Erwarten Sie keine Punkte für Antworten, die aus einer Formelsammlung abgeschrieben werden. Viel Erfolg! K9_1-09_A_L.odt Seite 1 von 12

2 1.Elektrostatik # Frage Antw. P. 1 Drei Punktladungen sind in einem rechtwinkligen Dreieck angeordnet. Die beiden unteren sind fixiert, die obere Ladung Q ist beweglich. Auf Q wird durch Q 1 und Q 2 eine Kraft ausgeübt. Q 1 = 1,2 µc Q 2 = 2, µc Q =, µc a = 8 cm b = 6 cm a Wie groß ist diese Kraft, und welche Richtung (Winkel) hat sie? 21,92 N -97,7 = 262, 6 b Diese Kraft wurde zu Ehren eines französischen Gelehrten benannt. Wie heißt sie? Coulomb-Kraft c 2 Wie verändert sich die Kraft auf Q mit wachsendem Abstand? Sie nimmt A) linear zu, B) linear ab, C) quadratisch zu, D) quadratisch ab, E) Sie verändert sich nicht. Wenn ein negativ geladener Stab nahe an ein isoliertes Stück Metall gebracht wird ohne dieses zu berühren, werden die freien Elektronen des Metalls von dem negativ geladenen Stab abgestoßen und sammeln sich auf der dem Stab am entferntesten gelegenen Stelle des Metalls. Wie nennt man diese Erscheinung? Welche Bedingungen müssen gezeichnete Feldlinien erfüllen, damit sie ein homogenes elektrisches Feld darstellen? Sie müssen... von Plus nach Minus zeigen parallel zueinander sein alle denselben Abstand zur benachbarten Feldlinie haben Wie müssen Feldlinien gezeichnet werden, um ein besonders starkes Feld zu kennzeichnen? Sie müssen eine hohe Dichte aufweisen. Je höher die Feldliniendichte, umso stärker das Feld. D 2 Influenz Summe 20 K9_1-09_A_L.odt Seite 2 von 12

3 Lösung zur Aufgabe 1.1 K9_1-09_A_L.odt Seite von 12

4 2.Gleichstrom # Frage Antw. P. 1 Geben Sie an, bei welcher Schalterstellung die Lampe L, die einen hohen Widerstand hat, leuchtet. A) S1 offen und S2 offen B) S1 geschlossen und S2 offen, C) S1 offen und S2 geschlossen, D) S1 und S2 geschlossen B D ist falsch, da hier ein Kurzschluss vorläge 2 5 Warum leben Vögel auf Hochspannungsleitungen sehr sicher, dagegen ein Gleitschirmflieger in der Nähe von Hochspannungsleitungen sehr gefährlich? Die Vögel berühren nur eine Leitung -> keine Potenzialdifferenz, keine Spannung. Der Sportler könnte zwei Leitungen gleichzeitig berühren -> Hochspannung zw. Kopf und Bein (R 1 kω) erzeugt einen tödlichen Strom durch den Körper. Warum leuchtet der Scheinwerfer eines Fahrrads, obwohl nur ein einziges Kabel vom Dynamo zum Scheinwerfer führt, also ein Kabel für die Rückführung des Stroms zum Dynamo fehlt? Die Rückleitung wird durch den metallischen Fahrradrahmen besorgt, mit dem sowohl Dynamo als auch Scheinwerfer fest verbunden ist. Eine Heizdecke ist mit zwei Widerstandsspiralen von je 100 Ω ausgestattet. Die Decke wird an die Spannung von 20 V angeschlossen und hat drei Betriebsarten:"Schwach"; "Mittel" und "Stark". Überlegen Sie sich die Anordnungen der Widerstandsspiralen für die drei Betriebszustände und begründen Sie Ihre Entscheidung. (Lösung auf die nächste Seite) Zeichnen Sie den Schaltkreis so um, dass sich der Pluspol der Batterie links, und sein Minuspol rechts von der Schaltung befindet. Die Widerstände sollen dabei so angeordnet werden, dass Parallelund Reihen-Schaltungen leichter zu erkennen sind. (Lösung auf die nächste Seite) 6 Summe 20 K9_1-09_A_L.odt Seite von 12

5 Lösung 2. Lösung 2. K9_1-09_A_L.odt Seite 5 von 12

6 .Elektrochemie # Frage Antw. P. 1 a Bei galvanischen Elementen findet, ganz Allgemein betrachtet, eine Umwandlung von Energie statt. Welche Energie wird in welche andere umgewandelt? chemische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt b Wie nennt man den Prozess, bei dem die Umwandlung genau umgekehrt abläuft? Elektrolyse 2 2 Wie groß ist die Ladung von 1 mol Elektronen? C Berechnen Sie das elektrochemische Äquivalent von zweiwertigem Quecksilber. c = 1,0 mg/c a In zwei Halbzellen werden einwertiges Lithium und zweiwertiges Quecksilber miteinander zu einer Batterie kombiniert. Wie sieht die Reduktionsgleichung aus? Achten Sie bitte auf die Koeffizienten. Hg e - > Hg b Wie hoch wäre die Spannung einer solchen Batterie? ca.,85 V 2 5 Beschreiben Sie, welche Haushaltsmittel man verwenden kann, um die Batterie für einen Kleinstverbraucher (Taschenrechner, Digitaler Wecker etc.) zu ersetzen. Erläutern Sie ggf. Ihre Auswahl. Benötigt wird ein elektrolythaltiges Material (wie eine Kartoffel, Orange oder Zitrone ) und zwei Elektroden. Die Elektroden sollten zwei verschiedene Metalle sein, weil nur dann eine Spannung auftreten kann, mit der der Verbraucher betrieben werden kann. Beispielsweise eine Büroklammer aus Stahlblech und ein Centstück das Kupfer enthält. Je weiter diese Metalle in der Spannungsreihe auseinander stehen, umso höher ist die nutzbare Spannung. Summe 20 K9_1-09_A_L.odt Seite 6 von 12

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8 .Halbleiter # Frage Antw. P. 1a Zwischen welchen zwei Bändern befindet sich die Bandlücke? Zwischen Valenz- und Leitungsband 2 b Was lässt sich an einer Bandlücke erkennen? Sie bestimmt den metallischen Charakter eines Elementes. Je kleiner die Bandlücke, umso metallischer ist das Element. c in welcher Einheit wird die Bandlücke üblicher Weise angegeben? in Elektronenvolt (ev) 2 2 Welche Pole einer Batterie müssen an welche Halbleiter-Enden einer Diode angeschlossen werden, damit die Diode in Sperrrichtung geschaltet ist? Pluspol an N-Halbleiter, Minuspol an P-Halbleiter Wie entsteht eine Diffusionsspannung? Indem man einen... A) Transistor in Durchlassrichtung mit einer Spannungsquelle verbindet, B) Halbleiter mit zusätzlichen Elektronen auflädt, C) P- und einen N-Halbleiter zu einer Diode verbindet, D) ein Metall zwischen zwei P- oder zwei N-Halbleitern setzt und die beiden Halbleiterenden mit einer Batterie verbindet. C 2 Fragen zur LED a Welche Spannung liegt an einer LED an? max 6V b Welcher Strom fließt durch eine LED? ca. 15 ma c Wofür steht die Abkürzung LED? Light emitting diode / Licht emittierende Diode 2 Summe 20 K9_1-09_A_L.odt Seite 8 von 12

9 5.Magnetismus # Frage Antw. P. 1 Nennen Sie Unterschiede zwischen der Elektrik und dem Magnetismus Elektrik Magnetismus Feldlinien von Plus nach Minus Feldlinien sind geschlossen 2 Es gibt el. Ladungen Es gibt keine mag. Ladungen 2 Pluspol, Minuspol Nordpol, Südpol 2 2 E-Feld wirkt auf Ladungen M-Feld wirkt nur auf bewegte Ladungen Wie nennt man das magnetische Feld, dass einen Strom durchflossenen Leiter umgibt? Wirbelfeld 2 2 Wie groß ist die Lorentzkraft auf ein milli-mol Elektronen, das sich auf einem Projektil mit 180 km/h senkrecht durch ein Magnetfeld der Stärke 0,8 T bewegt?,86 kn 6 Skizzieren Sie eine Hysterese, bezeichnen Sie die Achsen mit dem Namen der Größen (nicht nur mit dem Formelzeichen) (2P), kennzeichnen Sie die Remanenzflussdichte (1P) und den Sättigungsbereich (1P). Summe 20 K9_1-09_A_L.odt Seite 9 von 12

10 6.Wechselstrom # Frage Antw. P. 1 f = 50 Hz C 1 = 200 µf C 2 = 100 µf L = 100 mh R = 20 Ω a Wie groß ist der Betrag des Widerstands des Kondensators C 1? 15,9 Ω b Wie groß ist der Betrag des Widerstands der Spule L? 1, Ω c Wie groß ist der Widerstand der Parallelschaltung Z P? 16,9Ω e -j2 6 Welches war die Neuerung, die Wernher von Siemens auf seinen Generator anwandte, und die seinem Generator zum wirtschaftlichen Durchbruch verhalf? Es war das Dynamoelektrische Prinzip (2P.), das besagt, dass das Magnetfeld durch Elektromagnete erzeugt wird, die vom selbst erzeugten Maschinenstrom versorgt werden (2P.). Durch die gegenseitigen Steigerung von Elektromagnetismus und Maschinenstrom wird eine bedeutend höhere Leistung erreicht (1P). 6 Werner von Siemens hat dieses Selbsterregungs-Prinzip am 17. Januar 1867 als erster veröffentlicht (1P). 5 Wie groß ist der Effektivwert eines Stromes, dessen Scheitelwert 7,8 ma beträgt? 265 ma 2 Summe 20 K9_1-09_A_L.odt Seite 10 von 12

11 Lösung 6.1 K9_1-09_A_L.odt Seite 11 von 12

12 Anhang K9_1-09_A_L.odt Seite 12 von 12