Rheinische Fachhochschule Köln

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1 Rheinische Fachhochschule Köln Matrikel-Nr. Nachname Dozent Ianniello Semester BP Klausur K 9 Datum Jan 01 Fach Grundlagen der Elektrotechnik Urteil Ergebnis: Punkte Genehmigte Hilfsmittel: Formelsammlung (Kuchling), keine losen Blätter Taschenrechner, kein Handy Papier, Lineale, Stifte Zeit: 10 Minuten 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 Teilpunkte gibt es nur für eine lesbare und strukturierte Berechnung (allg. Formel als Ansatz, sofort nachvollziehbare Berechnung aus zusammenhängenden Gleichungen) 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, nur die erfragte Größe. Richtige Ergebnisse ohne Einheit erhalten nur 50% der vollen Punktzahl. Zahlenschlangen (14) ohne Tausenderpunkt oder 0,0... -Zahlen (z.b. 0,0 A statt 0 ma oder 10 - A) vermindern die Punktzahl. Die Präsenz eines Handys wird mit einem Täuschungsversuch gleichgesetzt. Die Klausur wird dann sofort eingezogen. Viel Erfolg! K9_1-01_A_L.odt Seite 1 von 1

2 1.Elektrostatik # Frage Antw. P. 1 Wird ein Körper besonders stark geladen, A) kann er anfangen zu leuchten, B) erwärmt er sich, C) wird er langsam oxidiert, D) wird er magnetisch. Mit Elementarladung meint man die Ladung A) von 1 Coulomb, B) des Atoms eines Elements, C) eines Elektrons, D) eines Protons Welche Bedeutung hat die Konstante ε r? Sie A) gibt die Elektrisierbarkeit des jeweiligen Werkstoffs an, B) gibt die relative Stärke des elektrischen Feldes an, C) ist eine universelle Naturkonstante, D) gibt die Schwächung des E-Feldes durch den jeweiligen Werkstoff an. keine Antwort ist richtig C, D D 4 5 Die elektr. Feldlinien A) stehen immer parallel zu der Äquipotenzialfläche, B) stehen immer senkrecht zur Äquipotenzialfläche, C) sind immer von Plus nach Minus gerichtet, D) zeigen in die Bewegungsrichtung, in die sich ein freies Elektron bewegt, das sich an dieser Stelle befände. In einem He + -Ion befindet sich ein Elektron und ein Kern (aus zwei Protonen und zwei Neutronen). Wie groß ist der Abstand des Elektrons zum Kern, wenn die elektrische Anziehungskraft, mit der das Elektron zum Kern gezogen wird, 46,14 nn beträgt? B, C m = 1 Å 6 Schreiben Sie die Formel auf, die die elektrische Kraft einer Ladung Q 1 beschreibt, wenn Q 1 auf einem Draht verteilt ist. Die Kraft ist eine Funktion der Drahtgeometrie. F C = Q 1 Q ϵ π r L 7 Wie bezeichnet man die Ladungsverschiebung in Metallen? als Influenz 8 9 Was hat Robert Milikan mit seinem Versuch gezeigt? Er bewies, dass geladene Teilchen nur als ganzzahlige Vielfache der Elementarladung e = 1, C auftreten können. Das Fänomen des Faraday-Käfigs bezieht sich z.b. auf A) Isolatoren, B) Stromkabel, C) Kondensatoren, D) Flugzeuge. D Summe 0 K9_1-01_A_L.odt Seite von 1

3 .Gleichstrom # Frage Antw. P. 1 U = 15 V, R 1 = 6 Ω, R = 4 Ω, R = 5 Ω, R 4 = 6 Ω, R 5 = 8 Ω. [Aufgabe 1 in ] a Skizzieren Sie den Schaltkreis um, so dass oben der Plus- und unten der Minuspol aufgetragen wird. b Wie groß ist der Ersatzwiderstand?,91 Ω c Wie groß ist der Strom durch den Widerstand R 1?,5 A d Wie groß ist die Spannung, die an R 1 abfällt? 15 V a Fünfzehn Widerstände sind parallel geschaltet: R 1 = 1Ω, R = Ω, R 14 = 14Ω, R 15 = 15Ω. Schätzen Sie ab, wie groß ungefähr der Gesamtwiderstand ist. Wandeln Sie das Dreieck R d1, R d und R d in einen Stern um. 4 kleiner als 1Ω R s1 = 59,49Ω b c Schreiben Sie die neuen Widerstandswerte in die Ergebniszellen. (Die Bezeichnung oder Reihenfolge der Stern-Widerstände ist unwichtig) R s = 10,89Ω R s = 7,85Ω Summe 0 K9_1-01_A_L.odt Seite von 1

4 Lösung zu Aufgabe.1 Lösung zur Aufgabe. K9_1-01_A_L.odt Seite 4 von 1

5 .Sensoren/Halbleiter/Transistor # Frage Antw. P. 1 Wie viel elektrische Energie kann eine Solaranlage am Tag (10 Sonnenstunden) erzeugen, wenn sie eine mittlere elektrische Leistung von P = 450 W aufweist? 4,5 kwh = 16, MJ Welchen Anteil des durchschnittlichen jährlichen Strombedarf eines 4-Personen-Haushalts kann eine 1 kw p -Photovoltaik-Anlage abdecken? A) 9%, B) 76%, C) 100%, D) 118%. Gehen Sie von der durchschnittlichen Sonnenscheindauer Deutschlands aus. Wie heißt das Bauteil einer Photovoltaik-Anlage, das den solar erzeugten Gleichstrom in Netz üblichen Wechselstrom umwandelt? A) Gleichrichter, B) Wechselrichter, C) Diodenrichter, D) T-Richter Wie viel Prozent der Fläche NRWs (4.080 km²) bräuchte man, um den jährlichen Strombedarf NRWs (140 TWh) mit PV-Modulen zu decken? Gehen Sie von einer Peak-Leistung von 150 W/m² und der durchschnittlichen Sonnenscheindauer Deutschlands (1.550 h/a) aus. Bei welcher Stromstärke erreichen Standard-LEDs ihre normale Leuchtkraft? Elementar-Halbleiter sind A) PTC-Leiter, B) NTC-Leiter, C) immer nur Feststoffe, D) können gasförmig sein, E) können flüssig sein, Wodurch unterscheidet sich das Leitungs- vom Valenzband? A) das VB ist etwas schmaler, B) das LB enthält mehr Elektronen, C) Elektronen im Valenzband enthalten weniger Energie, D) das LB gibt es nur bei Metallen, nicht aber bei Halbleitern. Wie nennt man den Energiebereich zwischen Valenz- und Leitungsband? A B 1,77% 9 15 ma B, C C Bandlücke, gap, verbotene Zone Summe 4 K9_1-01_A_L.odt Seite 5 von 1

6 Lösung zur Aufgabe.1 Lösung zur Aufgabe. Lösung zu Aufgabe.4 K9_1-01_A_L.odt Seite 6 von 1

7 4.Elektrochemie # Frage Antw. P. 1 Welches sind die Ladungsträger im Elektrolyten? Ionen Nennen Sie Beispiele für Anionen. Cl -, SO In welchem Leiterstoff wird Strom in Form von geladener Materie transportiert? Im Elektrolyten 4 Welche chemische Reaktion läuft an einer Anode ab? eine Oxidation 5 Wie viele Stunden und Minuten bräuchte man für die Abscheidung von 10 g Aluminium (Al + ), wenn man dazu zwei Batterien mit je 1,5 V in Reihe schaltet? Der Widerstand der Leitung betrage 10 Ω. 6 Wie viel Gramm Zink (Zn+ ) könnte man mit Hilfe eines Akkus von mah auf einen Ring bringen? Lösung zur Aufgabe 4.5 h min 6 4,4 g 6 Summe 0 Lösung zur Aufgabe 4.6 K9_1-01_A_L.odt Seite 7 von 1

8 5.Magnetismus / Induktion # Frage Antw. P. 1 Ein Drahtstück wird in der eingezeichneten Richtung mit der Geschwindigkeit v = 5,4 cm/s bewegt. B = 100 mt. a b c 4 Wie groß ist die Lorentzkraft, die auf die Ladungsmenge in dem Stab Q =, C wirkt? Zeichnen Sie den Plus- und den Minuspol der induzierten Spannung an den Stabenden ein. In welche Richtung (nach a oder b) wirkt die Lorentzkraft auf positive Ladungen im Stab? Wie lässt sich die Einheit der Flussdichte B mit Hilfe der Einheit für die Kraft F ausdrücken? Schreiben Sie diesen Ausdruck auf. Ein scheibenförmiger Magnet fällt aus fünf Metern Höhe in einen leeren Kochtopf aus Aluminium. Der Magnet wird A) mit g = 9,81 m/s² auf dem Topfboden aufprallen, B) kurz vor dem Aufprall beschleunigt, C) kurz vor dem Aufprall abgebremst, D) nicht aufprallen, sondern über dem Aluminium schweben bleiben (weil Alu ein Diamagnet ist). Ein konventioneller Transformator wandelt u.a. eine Primärspannung in eine Sekundärspannung um. Sortieren Sie die folgenden Aussagen und schreiben Sie die Ziffern in der richtigen Reihenfolge rechts in das Ergebnisfeld. 1. Wechselnder Magnetfluss induziert eine Spannung in der Sekundärspule. Wechselnder Magnetfluss induziert einen Strom im Eisenkern. Spannung in der Sekundärspule erzeugt ein Magnetfeld 4. Spannung in der Sekundärspule erzeugt einen Strom I. 5. Wechselspannung erzeugt einen Wechselstrom. 6. Primärer Wechselstrom erzeugt einen wechselnden Magnetfluss in der Primärspule. 7. Primärer Wechselstrom erzeugt eine primäre Wechselspannung 8. Wechselnder Magnetfluss wird durch den Eisenkern in Sekundärspule geleitet. 9. Primäre Wechselspannungsquelle erzeugt Wechselspannung. 10. Primäre Wechselspannungsquelle erzeugt Magnetfeld. 1, N bei a: + bei b: - nach b N / Am C Summe 16 K9_1-01_A_L.odt Seite 8 von 1

9 Lösung zur Aufgabe 5.1 Lösung zur Aufgabe 5. K9_1-01_A_L.odt Seite 9 von 1

10 6.Wechselstrom # Frage Antw. P. 1 a Gesucht ist eine Schaltung wie Schaltung A oder B, die die obere Schaltung ersetzt: Eine Parallelschaltung aus ohmschem Widerstand und Kondensator, die mit einer Spule in Reihe geschaltet ist. Falls die Ersatzschaltung so aussieht wie in A oder B: Welche der beiden käme in Betracht? Gegeben: R = 100 Ω, X C = 10 Ω, L = 00 mh, f = 100 Hz A b Wie groß wäre der ohmsche Widerstand der Ersatzschaltung? 59 Ω c Wie groß wäre der Blindwiderstand der Ersatzschaltung? j 19, Ω d Wie groß wäre die Fasenverschiebung zwischen Strom und Spannung? 67 6 e Wie groß wäre der Betrag des Ersatzwiderstandes? 151, Ω Wie hoch ist die Scheitelspannung einer Steckdose? (keine Formel einsetzen) Wie ändert sich die Fasenverschiebung an einer Spule mit wachsender Frequenz? A) gar nicht, B) sie steigt, C) sie sinkt. 6,7 V A Summe 0 K9_1-01_A_L.odt Seite 10 von 1

11 Lösung zur Aufgabe 6.1 K9_1-01_A_L.odt Seite 11 von 1

12 Anhang K9_1-01_A_L.odt Seite 1 von 1