Rheinische Fachhochschule Köln Matrikel-Nr. Nachname Dozent Ianniello Semester BP, Ing. Klausur K 9 Datum 30.6.014 Fach Grundlagen der Elektrotechnik Urteil Genehmigte Hilfsmittel: Formelsammlung: Kuchling Taschenrechner keine eigenen Blätter Ergebnis: Punkte Zeit: 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: 1/3 für den Ansatz, 1/3 für die Berechnung Schreiben Sie leserlich. Interpretationsfähige Schriftzeichen werden nicht bewertet. Viel Erfolg! K9_14-07_L.odt Seite 1 von 14
1.Elektrostatik # Frage Antw. P. 1 Drei Ladungen von je 1 µc sind in einem gleichschenkligen Dreieck angeordnet. Ihr Abstand voneinander beträgt 5 cm. Sie befinden sich unter Wasser. Wie groß ist der Betrag und der Winkel der Kraft, die von den beiden unteren Ladungen auf die obere ausgeübt wird? Schreiben Sie das Ergebnis in Exponentialform auf. Wie lautet das Gesetz von Coulomb bezogen auf eine Probeladung q, die sich im Abstand s eines geladenen Drahtes der Länge L und Ladung Q befindet? Das umgebende Medium sei Luft. Verwenden Sie die aufgeführten Formelzeichen und berücksichtigen Sie das Medium. 3 Was ist mit Elementarladung gemeint? 4 5 6 77,83 mn e i90 6 F C = Q q 4 π s L ϵ 0 Die Elementarladung (Symbol: e ) ist die kleinste, frei existierende elektrische Ladungsmenge. Sie hat den Betrag von 1,60 10-19 C. Ladungsträger der Elementarladung sind das Elektron und das Proton. Auf welche Weise lassen sich Elektronen aus der Hülle von Atomen entfernen? A) Reibung, B) Magnetfeld, C) Wärme, D) Licht. Welche beiden Einheiten kann man einer elektrischen Ladung zuordnen? 3 A, C, D 3 As und C Wie nennt man eine allseitig geschlossene Hülle aus einem elektrischen Leiter (z. B. Drahtgeflecht oder Blech), die als elektrische Abschirmung wirkt? Faraday-Käfig Summe 0 K9_14-07_L.odt Seite von 14
Lösung zur Aufgabe 1.1 K9_14-07_L.odt Seite 3 von 14
.Gleichstrom # Frage Antw. P. 1 Berechnen Sie für die angegebene Schaltung den Spannungsabfall U. U ges = 4 V, R 1 = 10 Ω, R = 0 Ω, R 3 = 30 Ω. 16 V 6 Berechnen Sie den Strom I. I ges = 150 ma, R 1 = 10 Ω, R = 0 Ω, R 3 = 30 Ω. 50 ma 6 3 4 Mehrere Widerstände seien parallel geschaltet. Der Gesamtwiderstand ist A) die Summe der einzelnen Widerstände, B) die Differenz der einzelnen Widerstände, C) größer als der größte der Widerstände, D) kleiner als der kleinste der Widerstände, E) der Mittelwert der Widerstände. Mehrere Widerstände seien parallel geschaltet. Ein weiterer paralleler Widerstand A) erhöht den Strom, B) senkt den Strom, C) hat keinen Einfluss auf die Stromstärke, D) erhöht die Spannung, E) senkt die Spannung, F) hat keinen Einfluss auf die Spannung. D 4 A, F 4 Summe 0 K9_14-07_L.odt Seite 4 von 14
Lösungen K9_14-07_L.odt Seite 5 von 14
3.Elektrochemie # Frage Antw. P. 1 Vervollständigen Sie die Sätze: Die übliche Zink-Kohle-Batterie besteht im wesentlichen aus einem Becher aus, in den eine eingedickte Salmiaklösung (NH4Cl) und Braunstein (MnO ) gefüllt ist. In diesem stark eingedickten Gel - man nennt diesen Batterietyp daher auch batterie - steckt ein Stift aus. Die Spannung einer frischen Zn-C-Zelle beträgt. Zink, Trockenbatterie, Kohlestift 1,5 V 4 3 4 a Was ist mit Elektrolyse gemeint? Zwei Halbzellen, die A) Strom liefern und sich dabei chemisch zersetzen, B) Strom benötigen, um eine chemische Reaktion ablaufen zu lassen, C) Eine Flüssigkeit, die für den Stromtransport in der Zelle sorgt, D) die Beschichtung der Kathode mit einem Metall? Eine selbst gebaute Batterie bestehe aus einer Zitrone, einem Kupfernagel und einem Magnesium-Streifen. Welche Spannung wird sich zwischen den beiden Metallen einstellen? B (D) 3,69 V b Wie lautet die Oxidations-Reaktion? Mg Mg + + e - 5 a Wie viele Sekunden dauert es, bis 54g Silber auf einer Brosche galvanisch abgeschieden wurden? Randbedingungen: konstante Spannung von 4 V, die Silber- Ionen in der Lösung sind zweiwertig, die Lösung stellt mit 49,75 Ω den Hauptwiderstand der Schaltung dar. 00 10 3 s 6 b Wie groß ist das elektrochemische Äquivalent des Silbers? 0,559 mg/c 3 Summe 0 K9_14-07_L.odt Seite 6 von 14
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Lösung zu Aufgabe 3.5 K9_14-07_L.odt Seite 8 von 14
4.Halbleiter # Frage Antw. P. 1 3 Liefert eine Diode, die nicht beleuchtet wird, eine Spannung? A) Ja, die Dunkelspannung, B) Ja, die Diffusionsspannung, C) Ja, die Halbleiter-Spannung, D) Nein Wie viel elektrische Energie kann eine Solaranlage im Jahr in Deutschland erzeugen, wenn diese insgesamt eine mittlere elektrische Leistung von P = 3.000 W aufweist? Geben Sie die Energie in MWh an. B 1 4,65 MWh 3 Skizzieren Sie unten oder auf der nächsten Seite eine Schaltung, in der mit Hilfe eines Transistors und eines LDR eine Kaffeemaschine eingeschaltet wird, sobald die Sonne aufgeht. Es steht lediglich eine Spannungsquelle zur Verfügung. Außer dem Transistor und dem LDR dürfen Sie maximal zwei ohmsche Widerstände verwenden. Kennzeichnen Sie die Bauteile und Teile des Transistors. 4 Warum benötigt eine LED immer auch einen Vorwiderstand? 5 LEDs sind NTC. Sie werden warm, R sinkt, I steigt über 0 ma und kann die LED zerstören. Solarzellen sind Halbleiter, vom Aufbau her vergleichbar mit A) einem N-Halbleiter, B) einem P-Halbleiter, C) einer Diode, D) einem Transistor. 6 3 C 6 Nennen Sie elementare Halbleiter Si, B, Se, Ge, Te 3 7 In welchem Bereich liegt die Energie der Bandlücke von Halbleitern? 0,1 bis 3 ev Summe 0 K9_14-07_L.odt Seite 9 von 14
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5.Magnetismus # Frage Antw. P. 1 Warum zeigt der Nordpol eines Kompasses immer nach Norden? Weil in der Nähe des geografischen Nordpols der magnetische Südpol der Erde ist. In dem dargestellten Würfel herrscht ein homogenes, parallel zur y-achse gerichtetes Magnetfeld. Wie könnte ein negatives Teilchen, das sich außerhalb des Magnetfeldes in Richtung der neg. x-achse bewegt, im Magnetfeld weiterlaufen? es wird nach oben abgelenkt (in die pos. z-richtung) 3 Was versteht man unter einem magnetischen Fluss? Die Gesamtheit aller magnetischen Feldlinien eines Magneten. 4 a Im Luftspalt eines Magneten mit der Flussdichte B = 1, T befindet sich ein elektrischer Leiter, der von einem Strom I = 5 A durchflossen wird. Die Länge des Leiterabschnitts, der sich im Magnetfeld befindet, beträgt L = 500 mm. Berechnen Sie die Kraft, mit welcher der Leiter aus dem Magnetfeld gedrängt wird. 3 N 3 b 5 Wie groß ist die Lorentz-Kraft, wenn der Leiter um 30 zu den Magnetfeldlinien gedreht wird? Was ist der Unterschied zwischen einem Paramagneten und einem Ferromagneten? 3 N Ein Ferromagnet ist um ein Vielfaches stärker als ein Paramagnet. Die magnetischen Feldkonstante µ r ist für Ferromagnete größer. 3 6 Der Strom durch eine Luftspule steigt nach dem Einschalten um 1 A/s und bewirkt damit einen Anstieg der Magnetflussdichte. Die Feldlinien verteilen sich auf eine Fläche von A = 1 cm². Die mittlere Feldlinienlänge L = 0 cm. Berechnen Sie die erzeugte Spannung in der Spule, wenn sie aus 500 Windungen hergestellt ist. -157 µv 6 Summe 0 K9_14-07_L.odt Seite 11 von 14
Lösung zu Aufgabe 6 K9_14-07_L.odt Seite 1 von 14
6.Wechselstrom # Frage Antw. P. 1 Um Gleichstrom herzustellen, benötigt man einen Generator. Welche Bauteile sollte der Generator besitzen, und wie sollten sie zusammengesetzt werden? Sie können zur Erläuterung auch eine Skizze anfertigen. Externer Magnet, Spule, Kommutator mit einem geteilten Schleifring, Welle 6 3 4 Durch welche Größe (Formelzeichen, Bezeichnung) unterscheidet sich Gleichstrom von Wechselstrom? Durch die Frequenz f. Sie ist bei Gleichstrom Null Hertz, bei Wechselstrom nicht. Auch Wechselströme sind von Magnetfeldern umgeben. Solche Magnetfelder sind A) konstant, B) zeitlich veränderlich, C) in verschiedenen Entfernungen vom Leiter konstant, D) in verschiedenen Entfernungen verschieden stark. Welche Bauteile stellen beim Wechselstrom anders als beim Gleichstrom einen elektrischen Widerstand dar? 5 B, D a Spule und Kondensator Wie heißen die Fachbegriffe für diese Widerstände? b induktiver und kapazitiver Blindwiderstand 5 Welche Größen wechseln im Wechselstrom ihren Betrag? Stöme, Spannungen und Widerstände 3 Summe 0 K9_14-07_L.odt Seite 13 von 14
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