Rheinische Fachhochschule Köln

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1 Rheinische Fachhochschule Köln Matrikel-Nr. Nachname Vorname Dozent Ianniello Semester WS 0/ Klausur K 9 Datum Jan. 0 Fach Grundlagen der Elektrotechnik Urteil Genehmigte Hilfsmittel: Ergebnis: von Formelsammlung Taschenrechner Papier, Lineale, Stifte 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 Bei den Rechenaufgaben werden Punkte vergeben für den Ansatz, die Berechnung und die Lösung. Die Ergebnisse müssen die zugehörige Einheit beinhalten. Fehlende Einheiten halbieren die Punktzahl. Es gibt Punktabzüge für fehlende Zehnerpotenzen (z.b. 0,0 A statt 0 ma oder 0 Nm statt, 0 6 Nm) Viel Erfolg! K9_-0-A_L.odt Seite von

2 .Elektrostatik Eine Kugel K der Ladung Q, der Masse m und des Durchmessers d schwebt über einer isoliert aufgestellten Metallkugel K, die eine Masse m hat, einen Durchmesser d und mit einer Ladung von Q geladen ist. K wird durch ein Kunststoffrohr, in dem es sich bewegen kann, genau über K gehalten, so dass die beiden Kugeloberflächen einen Abstand von y einnehmen. y = 0 cm, Masse m = m = kg, Durchmesser d = d = 4 cm, Ladung Q = +mc. a Wie groß ist die Ladung auf der schwebenden Kugel K? 6 nc 6 b c d Die schwebende Kugel K A) hat einen Elektronenüberschuss, B) hat einen Elektronenmangel, C) ist elektrisch neutral. Wie groß wäre das elektrische Feld an der Stelle, wo die Kugel K schwebt, wenn nur K aber nicht K da wäre? Was passiert mit K solange die Kugel K über ihr schwebt? A) K entlädt sich und wird neutral, B) K entlädt sich und wird dann ein wenig negativ, C) K entlädt sich und wird dann ein wenig positiv, D) K bleibt unverändert geladen. Auf wen oder was hat das elektrische Feld eine Kraftwirkung? 4 5 Warum wird das E-Feld in einem Dielektrikum schwächer? Das A) E-Feld bleibt konstant, nur das Dipol-Feld wird schwächer, B) äußere Feld wird durch das zusätzliche Feld der Dipole verstärkt, C) äußere Feld wird durch das Feld der Dipole geschwächt, D) äußere Feld wird durch die magnetischen Dipolladungen des Dielektrikum-Materials geschwächt. Eine elektrische Ladung ist A) immer von einem elektrischen Feld umgeben, B) nur dann von einem E-Feld umgeben, solange es sich um eine freie, bewegliche Ladung handelt, C) nur in Metallgittern von einem E-Feld umgeben, D) nur zwischen den Polen einer Spannungsquelle von einem E-Feld umgeben. Ladungen auf einem Plattenkondensator A) bewegen sich ständig entlang der Oberfläche, B) werden mit der Zeit verbraucht, C) sind üblicher Weise auf beiden Platten betraglich gleich groß, D) erwärmen meistens die Platten um ca. 0 - C Aufgabe - B 9,8 kn/c D auf elektrische Ladungen C A C Summe 0 K9_-0-A_L.odt Seite von

3 .Gleichstrom Wie nennt man die Differenz zweier Potenziale? Spannung U ges = 4 V, R = 0 Ω, R = 0 Ω, R B = 0 Ω Aufgabe -5 a Wie groß ist die Spannung an R? 4 V b Wie groß ist der Strom durch R und die Lampe R B, wenn der Schalter A geschlossen wird? 0,4 A U = 7,5 V R = 5 Ω U = 5,6 V U =,88 V I = 88 ma I = 94 ma.sensoren Wie hoch ist der Widerstand R einer Aluminiumleitung mit R = 0 Ω, bei 0 C? 9,4 Ω Wofür steht das Kürzel VDR? Voltage Dependent Resistor = spannungsabhängiger Widerstand Nennen Sie einen typischen Einsatzgrund für Varistoren 4 Wie heißt der Widerstandswert Temperatur abhängiger Widerstände bei 0 C? Überspannungs schutz Bezugs- Widerstand 5 Kohle ist ein A) NTC- Leiter B) PTC-Leiter, C) VDR-Leiter, D) TDR-Leiter, E) ABC-Leiter, F) Leiter. Stufe? A Summe 8 K9_-0-A_L.odt Seite von

4 4.Elektrochemie 4 Welche Menge an Aluminium-Ionen (Al ++ ) könnte man mit 7,4 mol Elektronen auf einer Katode abscheiden? Wie groß ist das elektrochemische Äquivalent von zweifach positiv geladenen Platin-Ionen? Welche Stromstärke ist erforderlich, wenn bei der elektrolytischen Raffination von einwertigem Kupfer in 48h,5t Cu abgeschieden werden? 00 g,0 mg/c ka Eine Galvanische Zelle bestehe aus einer Au- und einer Mg-Elektrode, die jeweils in einer Lösung von Au + und Mg + eingetaucht sind. a Welche Oxidations-Reaktion findet statt? Mg Mg + + e - b Welche Gesamtspannung liefert eine solche Zelle?,77 V Halbleiter/Transistor Der Schaltkreis eines Lichtsensors in einem Bewegungsmelder schaltet erst, wenn die Spannung zwischen Emitter und Basis 0,7 V überschreitet. Zunächst ist es hell, und der LDR hat einen Widerstand von 500 Ω. Bei Dunkelheit wächst der Widerstand des LDR an. R = 8,5 kω, U = 9 V. Aufgabe 8- und Schemata- Aufgaben a Wie groß muss der LDR R werden, damit die Lampe ausgeht? 99 kω 6 b Wie groß wäre dieser Grenzwiderstandswert R, wenn die Spannungsquelle ein voller Nickel-Cadmium-Akku (Rundzelle) wäre? Dann wäre U =, V Ein pnp-transistor, der an einer Spannungsquelle angeschlossen ist, beinhaltet immer eine ausgeprägte Depletionszone. Auf welchem Effekt beruht die Tatsache, dass dieser hohe Widerstand von den Ladungsträgern dennoch überwunden wird? Welches ist das Kurzzeichen für die Auffangelektrode beim Transistor? 5,96 kω Auf dem Transistor- Effekt. C Summe K9_-0-A_L.odt Seite 4 von

5 6.Magnetismus a b Im Luftspalt eines Magneten mit der Flussdichte B = 0, T befindet sich ein elektrischer Leiter, der von einem Strom I = 0,5 A durchflossen wird. Der m lange Leiter liegt senkrecht zu den Feldlinien. Die mittlere Hälfte des Leiters (500 mm) befindet sich im Magnetfeld. Berechnen Sie die Kraft, mit welcher der Leiter aus dem Magnetfeld gedrängt wird. Wie groß ist die F L, wenn der Leiter um 0 gegen das Magnetfeld geneigt wird? Achtung: Mehr Leiterlänge im MF! Wie beeinflussen sich zwei benachbarte Weiß-Bezirke in einem Ferromagneten? A) Sie orientieren sich nach dem Magnetfeld, das in den Nachbar-Bezirken am häufigsten vorkommt, B) Sie orientieren sich nach dem stärksten Magnetfeld in direkter Nachbarschaft, C) Sie beeinflussen sich gegenseitig nicht Durch welche Eigenschaft welcher Konstanten sind diamagnetische Werkstoffe gekennzeichnet? Wie nennt man die Temperatur, bei der ein Leiter vom normalen in den supraleitenden Zustand übergeht, heißt. Welche Länge ist bei der Berechnung der Feldstärke einer Spule wichtig: A) die Länge des Drahtes? B) die Länge der Spule? C) der Umfang der Spule? D) der Durchmesser des Drahtes? Was ist mit Sättigungsbereich bei der Magnetisierungskurve gemeint? Woran kann man Hartmagnete erkennen? 50 mn 50 mn C µ r < Sprungtemperatur Die Feldstärken, bei denen alle Weißchen Bezirke ausgerichtet sind Taucht man diese Schlaufe komplett in ein Magnetfeld und bewegt sie darin senkrecht zu den Feldlinien hin und her, wird A) eine Spannung induziert, B) ein Strom induziert, C) ein Gegenmagnetfeld erzeugt, D) eine Lorentzkraft wirksam, E) nichts passieren. Ein Magnet, der auf einer Kupferplatte entlang geschoben wird, A) erfährt eine beschleunigende Kraft, B) wird abgebremst, C) erzeugt im Kupfer ein Magnetfeld, obwohl Kupfer nicht magnetisch ist, D) hat auf Kupfer keine Wirkung. Ein senkrecht nach unten gerichtetes Magnetfeld durchsetzt eine Stahlblech-Platte. In welche Richtung geht der erzeugte Strom, wenn das Magnetfeld mit der Zeit schnel abnimmt? B An der großen Hysteresenfläche E C im UZS Summe K9_-0-A_L.odt Seite 5 von

6 7.Wechselstrom Wie groß ist die Phasenverschiebung am Kondensator (X C = 50 µf, f = 0 Hz) der in einem Wechselstromkreis parallel zu einem ohmschen Widerstand (R = 0Ω) geschaltet ist? -90 Eine Spule mit R = 50 Ω, L = 00 mh und ein Kondensator mit C = 80 nf liegen an einer Wechselspannung mit U = 50 V, f = 400 Hz. Wie groß sind... a der kapazitive Blindwiderstand? 485, Ω b der Scheinwiderstand Z? (Folgefehler möglich) 9Ω e -j78 6 c Wie groß ist der Blindwiderstand der Ersatzschaltung? F.m.,9 Ω d die Stromstärke I? Ff.m. 09 ma e die Spannung U L? Ff.m. 5,5 V e j90 Summe 0 K9_-0-A_L.odt Seite 6 von

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

9 .Gleichstrom.Sensoren Wie hoch ist der Widerstand R einer Aluminiumleitung mit R = 0 Ω, bei 0 C? 9,4 Ω K9_-0-A_L.odt Seite 9 von

10 4.Elektrochemie Welche Menge an Aluminium-Ionen (Al ++ ) könnte man mit 7,4 mol Elektronen auf einer Katode abscheiden? 00 g 6 Wie groß ist das elektrochemische Äquivalent von zweifach positiv geladenen Platin-Ionen?,0 mg/c Welche Stromstärke ist erforderlich, wenn bei der elektrolytischen Raffination von einwertigem Kupfer in 48h die Masse von,5t Cu abgeschieden wird? ka 6 K9_-0-A_L.odt Seite 0 von

11 5.Halbleiter Der Schaltkreis eines Lichtsensors in einem Bewegungsmelder schaltet erst, wenn die Spannung zwischen Emitter und Basis 0,7 V überschreitet. Zunächst ist es hell, und der LDR hat einen Widerstand von 500 Ω. Bei Dunkelheit wächst der Widerstand des LDR an. R = 8,5 kω, U = 9 V. Aufgabe 8- und Schemata- Aufgaben a Wie groß muss der LDR R werden, damit die Lampe ausgeht? 99 kω b Wie groß wäre dieser Grenzwiderstandswert R, wenn die Spannungsquelle ein voller Nickel-Cadmium-Akku (Rundzelle) wäre? Dann wäre U =, V 5,96 kω K9_-0-A_L.odt Seite von

12 6.Magnetismus a b Im Luftspalt eines Magneten mit der Flussdichte B = 0, T befindet sich ein elektrischer Leiter, der von einem Strom I = 0,5 A durchflossen wird. Der m lange Leiter liegt senkrecht zu den Feldlinien. Die mittlere Hälfte des Leiters (500 mm) befindet sich im Magnetfeld. Berechnen Sie die Kraft, mit welcher der Leiter aus dem Magnetfeld gedrängt wird. F = I L x B = 0,5 A 0,5 m 0, T Wie groß ist die F L, wenn der Leiter um 0 gegen das Magnetfeld geneigt wird? Achtung: Mehr Leiterlänge im MF! 7.Wechselstrom 50 mn 50 mn Eine Spule mit R = 50 Ω, L = 00 mh und ein Kondensator mit C = 80 nf liegen in Reihe an ener Wechselspannung mit U = 50 V, f = 400 Hz. Wie groß ist... a der kapazitive Blindwiderstand? 485, Ω b der Scheinwiderstand Z? 9Ω e -j78 6 c der Betrag des Blindwiderstandes der Ersatzschaltung?,9 Ω d die Stromstärke I? 09 ma e i78 e die Spannung U L? 5,5 V e j90 K9_-0-A_L.odt Seite von