Rheinische Fachhochschule Köln

Rheinische Fachhochschule Köln Matrikel-Nr. Nachname Dozent Ianniello Semester BP II, S4 Klausur K 9 Datum 1.Juli 01 Fach Grundlagen der Elektrotechnik Urteil Genehmigte Hilfsmittel: Formelsammlung (Kuchling), keine eigenen Blätter Taschenrechner Papier, Lineale, Stifte Zeit: 10 Minuten Bitte vorher lesen Keine, eine aber auch mehrere Antworten (A,B,C,D) sind möglich Ergebnis: Punkte Tragen Sie den/die Lösungs-Buchstaben bzw. das Ergebnis in das freie Feld rechts neben der Frage ein. Ein freies Feld wird mit Null Punkten bewertet. Nur das End-Ergebnis eintragen, keine Brüche oder Formeln. Bsp.: 191 π/0 gibt Punktabzüge, 0 dagegen nicht, obwohl 191 π/0 = 0. Die Ergebnisse müssen die zugehörige Einheit beinhalten (sonst 50% Punktabzug). Es gibt Punktabzüge für Zahlenschlangen oder 0,0... -Zahlen. Verwenden Sie Zehnerpotenzen, Tausenderpunkte oder Vorsilben (z.b. 0 ma statt 0,0 A oder 1, 10 6 Nm statt 1011 Nm) Die Präsenz eines Handys wird mit einem Täuschungsversuch gleichgesetzt. Die Klausur wird dann sofort eingezogen. Schreiben Sie leserlich. Interpretationsfähige Schriftzeichen werden nicht bewertet. Formeln oder Angaben, die in der Aufgabenstellung stehen haben Priorität vor denen aus der Formelsammlung. Viel Erfolg! K9_1-07_A_L.odt Seite 1 von 1

1.Elektrostatik # Frage Antw. P. 1 Zwei Ladungen gleichen Vorzeichens stehen sich im Abstand a = cm gegenüber und stoßen sich mit einer Kraft von 0 N ab. Wie groß ist die Abstoßungskraft dieser beiden Ladungen, wenn sie einen Abstand von 10 cm einnehmen? Welche Formel hat die Fläche gleichen Potenzials von Ladungen, die auf einer Kugel verteilt sind? Oberhalb einer Ladung Q = C befindet sich im Abstand a = 4 cm eine Ladung Q = C. Links von Q, ebenfalls im Abstand a, befindet sich eine weitere Ladung Q1 = 1 C. 1,8 N 4 π r² a Wie groß ist der Betrag der Kraft, die auf Q wirkt? 5,5 10 1 N 9 b In welche Richtung wirkt die Kraft auf Q? Geben Sie einen Winkel an, der ab der positiven x-richtung (0 ) im Uhrzeigersinn negativ gezählt wird (wie in der Mathematik üblich). -71,57 oder 88,4 6 Was ist eine Elementarladung? A) 1 Coulomb, B) 1 Faraday, C) die Ladung eines Ions, D) die Ladung eines Protons D Summe 0 K9_1-07_A_L.odt Seite von 1

Lösung zur Aufgabe 1. K9_1-07_A_L.odt Seite von 1

.Gleichstrom # Frage Antw. P. 1 U 0 = U ges = 40 V, I K = 8 A, κ Cu = 56,6 Sm/mm², 1.000 m Kupferdraht mit d = 1,5 mm. R 1 = 15Ω, R = 0Ω. a Wie groß ist der Widerstand der Leitung? 10 Ω b Berechnen Sie den Innenwiderstand, indem Sie die Spannungsquelle kurz schließen. 0 Ω c Wie groß ist die Klemmenspannung U 1? 96 V 6 Die Wheatstonsche Brückenschaltung wird durch Einstellen des Widerstandes R abgeglichen. Wie groß ist der unbekannte Widerstand R x, wenn die Widerstand R bei Nullabgleich auf 75 Ω steht? R 1 = 150 Ω, R = 50 Ω. 15 Ω Wandeln Sie das obere Dreieck der Brückenschaltung links in einen Stern um (wie in der Abb. rechts) und tragen Sie die entsprechenden Widerstandswerte in die Ersatzschaltung rechts ein. 9 Summe 4 K9_1-07_A_L.odt Seite 4 von 1

Lösung zu Aufgabe.1 Lösung zur Aufgabe. R x /R = R / R 1, daher R x = R / R 1 R = 75 Ω / 150 Ω 50 Ω = 15 Ω Lösung zu Aufgabe. K9_1-07_A_L.odt Seite 5 von 1

.Sensoren/Halbleiter/Transistor # Frage Antw. P. 1 a b c Ein Varistor ist ein Widerstand, der sich mit A) der Temperatur, B) der Helligkeit, C) der Spannung, D) dem Strom ändert. E) Einen Varistor gibt es nicht. Die rote Warn-LED im Ausgang benötigt zum Leuchten eine Mindestspannung U aus von V. Wie hoch muss die Eingangsspannung U ein sein, damit die LED bei 70 C angeht? R 1 = kω. Die Kennlinie des Thermistors ist unten auf dem Blatt zu sehen. Wie verändert sich der Widerstandswert des Thermistors A) bei Erwärmung? B) bei Beleuchtung? Wie müsste die Schaltung in a) aussehen, wenn sie vor zu hohen Temperaturen warnen soll? A) So, wie sie dargestellt ist, B) Uein und Uaus müssten vertauscht werden, C) R 1 und der Thermistor müssten vertauscht werden, D) die Anschlüsse des Thermistors müssten vertauscht werden. Der Thermistor aus Aufgabe ist A) ein linearer, B) ein nichtlinearer, C) ein kapazitiver, D) ein induktiver Widerstand. C 1 5V 9 A) Er sinkt 4 B) gar nicht A 4 B Summe 0 Lösung zur Aufgabe. Einfacher Spannungsteiler. Aus dem Diagramm liest man ab: 70 entspricht R Th = kω. Mit R 1 = kω ergibt sich ein Verhältnis von zu für die Widerstände. Im gleichen Verhältnis teilt sich die Spannung auf: Wenn die Spannung an R 1 V beträgt, dann muss sie am Thermistor V betragen. Insgesamt liegen also 5 V an. K9_1-07_A_L.odt Seite 6 von 1

4.Elektrochemie # Frage Antw. P. 1 Wie schwer sind 1,6 mol Chrom-Atome? 8, g a Wie groß ist das elektrochemische Äquivalent von eines Elements, wenn durch 8 A in 7 Minuten 10 g davon an einer Oberfläche abgeschieden werden? Eine Galvanischen Zelle bestehe aus einer Silberelektrode in Silber-Ionen-Lösung (einwertig) und aus einer Eisen- Elektrode in Eisen-Ionen-Lösung (zweiwertig) Was ist hier mit einem Redox-Paar gemeint? A) Si + / Si, B) Ag/Ag +, C) Ag/Fe, D) Fe/Fe ++ 0,77 mg/c A, B, D b Welche Spannung liefert eine solche Zelle? 1,4 V 4 5 6 a Aus welchen Bauteilen setzt sich eine reale Spannungsquelle in einer Ersatzschaltung zusammen? Aus welchem Material besteht die Anode einer Batterie (Rundzelle) meistens? Ein Akkumulator wird Stunden und 40 Minuten lang mit einem Strom I = 80 ma und einer Spannung von U = 1, V geladen, so dass der Akku voll ist. Wie groß ist unter Berücksichtigung der Standard- Verluste - die in den Akku gedrückte Ladung Q? Aus einer idealen Spannungsquelle und einem Innenwiderstand aus Zink 1.07 mah =.640 C b Wie groß ist die Kapazität C?.00 F Lösung zur Aufgabe 4. c = m/q = 10g / (8A 7 60s) = 0,77 mg / As Summe 0 Lösung zur Aufgabe 4.6 Q = I t / η = 0,8 A (.600s + 40 60s) / 1,4 K9_1-07_A_L.odt Seite 7 von 1

5.Magnetismus / Induktion # Frage Antw. P. 1 Wie groß ist die Stromstärke I in einem langen geraden Leiter, der im Punkt P (Radius R ist in der Skizze angegeben) eine magnetische Feldstärke H = 50 A/m erzeugt? Für eine Schaltung wird eine Spule mit einem Kern aus Walzstahl benötigt. Der Kern ist ringförmig und hat einen quadratischen Querschnitt. Spulenstrom I = 955 ma, di = 160 mm, da = 0 mm, n = 1.000 Windungen 10 A a Magnetische Feldstärke 1.600 A/m b Flussdichte 1, T In welche drei Werktsoffsorten lassen sich Stoffe mit Hilfe der relativen magnetischen Feldkonstante (Permeabilität) einteilen? 4 Die Fläche einer Hysterese ist ein Maß für In Ferro-, Para- und Diagmagneten die Energie, die für eine Umpolung des Magneten aufgewendet werden muss. Diese Energie wird in Wärme umgewandelt. 6 5 Ein Positron wird von der Sonne auf die Erde geschleudert und hält Kurs auf Ägypten. In welche Richtung wird es abgelenkt, wenn es in das Erdmagnetfeld eintritt? In Richtung A) Türkei, B) Lybien, C) Saudi-Arabien, D) Sudan, E) Es bleibt auf gerader Bahn. C Summe 0 Lösung zur Aufgabe 5.1 I = H L = H πr = 50 A/m 0,1 m = 10 A Lösung zur Aufgabe 5. a) H = n I / L = n I / (π d mittel ) = 1.000 0,955 A / 0,19 m, mit d mittel = 0,5 (D+d) b) siehe Magnetisierungslinie von Walzstahl K9_1-07_A_L.odt Seite 8 von 1

6.Wechselstrom / # Frage Antw. P. 1 In einem Wechselstromkreis wurden gemessen: U = 169,7 V und I = 400 ma. Die Fasenverschiebung betrage 0, wobei der Strom der Spannung vorausläuft. Beschreiben Sie die Gleichungen für die Momentangrößen u(t) und i(t) als Funktion der Zeit und der Frequenz jeweils einmal nur mit Formelzeichen, und einmal mit den Beträgen und Einheiten. Achten Sie auf passende Einheiten im Argument des sin. a u(t) = U sin(πf t) = 169,7 V sin (π 50Hz t) 4 b i(t) = I sin(πf t+φ) = 400 ma sin (π 50Hz t + 0 π/180 ) 4 a b Ein Kondensator mit einer Kapazität von C = 50 µf stellt in einem Wechselstromkreis einen endlichen Widerstand dar. Wie nennt man diesen Widerstand? Wie groß ist dieser Widerstand bei der in deutschen Haushalten üblichen Frequenz? kapazitiver Blindwiderstand 9,09 Ω Ein Kondensator (C = 47 µf) sei in Reihe geschaltet mit einer Parallelschaltung aus einer Spule (L = 5 mh) und ohmschen Widerstand (R = 18 Ω). f = 50 Hz. a Wie groß ist der induktive Blindwiderstand? (Betrag) 7,85 Ω b Bestimmen Sie die Impedanz Z in Exponentialform. 61,19Ω e -j87, 4 c Wie groß ist die Admittanz Y ebenfalls in Exponentialform? 16,mS e j87, Summe Lösung zur Aufgabe b) K9_1-07_A_L.odt Seite 9 von 1

Lösung zur Aufgabe K9_1-07_A_L.odt Seite 10 von 1

Anhang K9_1-07_A_L.odt Seite 11 von 1

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