Grundlagen der Elektrotechnik 1 am

Transkript

1 Name: Matrikelnummer: Studienfach: Grundlagen der Elektrotechnik 1 am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik Zugelassene Hilfsmittel zu dieser Klausur: Beiblätter zur Vorlesung Grundlagen der Elektrotechnik 1 im WS 2016/17 (Prof. Sternberg) ohne Veränderungen oder Ergänzungen, Taschenrechner (ohne drahtlose Übertragung mit einer Reichweite von größer als 30 cm wie Funkmodem, IR-Sender, Bluetooth), kein Smartphone, PDA, Tablet oder Laptop. Dauer: 2 Stunden Maximal erreichbare Punktezahl: 100. AUFGABE MÖGLICHE PUNKTZAHL ERREICHTE PUNKTZAHL 1 a 10 1 b 4 1 c 10 2 a 6 2 b 6 2 c 6 2 d 6 3 a 4 3 b 8 3 c 8 3 d 4 4 a 8 4 b 10 4c 6 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, Ihrer Matrikelnummer und Ihrem Studienfach. Form 4 Gesamt 100 1

2 1. Oberleitung Die deutschen Fernbahnen fahren mit einer Oberleitungspannung (Fahrdraht) von 15 kv. Wir tun so, als sei das eine positive Gleichspannung (in Wirklichkeit ist es Wechselspannung mit 16 2/3 Hz). Der Abstand des Fahrdrahts von der geerdeten Schiene beträgt typischerweise 5,1 m. a. Wie groß ist unter der Annahme einer Gleichspannung und eines konstanten Felds das elektrische Feld zwischen Schiene und Fahrdraht? b. Skizzieren Sie das elektrische Potenzial im Raum zwischen Schiene und Fahrdraht in Abhängigkeit vom Abstand von der Schiene. c. Durch einen Funken am Fahrdraht entsteht ein Ion mit der Ladung von 2. e (Elementarladung e = 1, C). Welche Arbeit leistet das elektrische Feld an diesem Ion, wenn es um 1,5 m in Richtung der Schiene beschleunigt wird? 2

3 3

4 2. Besonderer Zweipol Ein Zweipol habe die folgende Spannungs /Stromkennlinie: Strom [A] Spannung [V] a. Handelt es sich um einen linearen Zweipol? Begründen Sie Ihre Antwort. b. Beschreiben Sie (abschnittsweise) mathematisch den Verlauf der Strom /Spannungskennlinie. c. An den Zweipol werde eine Sinusspannung der Art 1 sin angelegt. Skizzieren Sie über mindestens zwei Periodendauern den Verlauf des Stroms. d. Wozu könnte ein solcher Zweipol verwendet werden? 4

5 5

6 3. Widerstandsnetzwerk mit Spannungsquelle Gegeben sei das folgende Netzwerk: R 5 R 1 = 1 kω R 2 R 3 R 2 = 300 Ω R 1 R 4 R 6 R 3 = 600 Ω R 4 = 200 Ω R 5 = 1,5 kω U q I R 6 = 400 Ω a. Zeichnen Sie das äquivalente Netzwerk, in dem die Widerstände R 3, R 4 und R 6 durch eine Sternschaltung ersetzt sind und kennzeichnen Sie die drei Widerstände der Sternschaltung durch die Bezeichnungen R 7, R 8 und R 9. b. Berechnen Sie die drei Widerstände der Sternschaltung. c. Fassen Sie das Netzwerk in eine Schaltung zusammen, die nur die Spannungsquelle und einen Widerstand enthält. Wie groß ist dieser Widerstand? d. Wie groß ist der Strom I (siehe Zeichnung), wenn U q = 1,5 V ist? 6

7 7

8 4. Draht im Magnetfeld Ein Draht der Länge 10 cm befindet sich in einem homogenen Magnetfeld (siehe Skizze). Es fließt ein Strom von 7,5 A durch den Draht (Stromflussrichtung auf den Betrachter zu). Draht (senkrecht auf Zeichenebene) a. Zeichnen Sie in die obige Skizze die auf den Draht wirkende Kraft als Vektor ein und begründen Sie die Richtung. b. Welche magnetische Flussdichte liegt vor, wenn auf den Draht eine Kraft von 1,05 N wirkt? c. Welche Wirkung haben diamagnetische, paramagnetische und ferromagnetische Stoffe auf ein Magnetfeld? 8

9 9