Aufgabenblatt Z/ 01 (Physikalische Größen und Einheiten)

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1 Aufgabenblatt Z/ 01 (Physikalische Größen und Einheiten) Aufgabe Z-01/ 1 Welche zwei verschiedenen physikalische Bedeutungen kann eine Größe haben, wenn nur bekannt ist, dass sie in der Einheit Nm gemessen werden kann? Aufgabe Z-01/ 2 Welche der beiden nachfolgenden Gleichungen ist eine physikalische Größengleichung? (1) v = 6, t 2 ; t in s; v in km/h (2) v = 4,902 m/s 2 t. Aufgabe Z-01/ 3 Was bedeutet die physikalische Größe Leistung (P), und in welcher der unten stehenden zusammengesetzten Maßeinheiten kann man sie messen? 1. (kg m 2 )/s 3 2. N/m 3. VA 4. Kp/cm 2 Aufgabe Z-01/ 4 (Strömungsgeschwindigkeit) In einem Kupferdraht von A = 2,5 mm 2 Querschnitt fließt der Strom I = 12 A. Die Dichte der freien Elektronen beträgt n = 8, mm -3, die Ladung eines Elektrons hat den Betrag e = 1, As. 1. Wie groß ist die mittlere Strömungsgeschwindigkeit v der freien Elektronen im Leiter? Aufgabe Z-01/ 5 In einem Kupferdraht von A = 1,0 mm 2 Querschnittsfläche fließt ein zeitlich konstanter Strom I = 15A. Kupfer enthält etwa n = freie Elektronen pro cm 3. In welcher Größen-ordnung liegt die Driftgeschwindigkeit v der Elektronen? Aufgabe Z-01/ 6 (Potenzial Betrachtungen an einer Batterie) Betrachtet wird eine Batterie, deren Spannung zwischen Pluspol (P) und Minuspol (M) konstant 1,5 V betrage. Welches Potenzial hat der Minuspol der Batterie gegenüber dem Erdpotenzial φ E, wenn a. die Batterie elektrisch isoliert aufgehängt ist, b. der Minuspol der Batterie mit der Erde verbunden ist, c. der Pluspol der Batterie mit der Erde verbunden ist, d. der Pluspol mit einem Hochspannungsgenerator verbunden ist, der ein Potenzial von φ E = V gegen Erde erzeugt? Seite 1/5

2 Aufgabenblatt Z/ 02 (Berechnung von Widerständen, Strömen & Spannungen) Aufgabe Z-02/ 1 Ein Freileitungsseil aus Kupfer besteht aus n = 37 einzelnen Leitern mit je d = 2,03 mm Durchmesser. Der spezifische Widerstand des Materials beträgt ρ = 17, Ωm. Wie groß ist der Widerstand R des Seiles je km Leitungslänge? Aufgabe_Z-02/ 2 Welchen Widerstand hat ein aufgedampfter Dünnfilm von 10 nm Dicke, 0,18 mm Breite und 0,95 mm Länge in der Längsrichtung bei einem spezifischen Widerstand ρ = Ωm? Aufgabe Z-02/ 3 Welchen spezifischen Widerstand in Ωm und welche Leitfähigkeit in S/m hat eine Flüssigkeit, die zwischen zwei im Abstand von 6 mm befindlichen Elektroden von 8 cm X 8 cm einen Widerstand von 0,032 Ω aufweist? Aufgabe Z-02/ 4 Welcher Strom fließt durch eine Spule mit 500 m Kupferdraht von 0,75 mm Durchmesser bei einer angelegten Spannung von 12 V? Aufgabe Z-02/ 5 Die Hülle eines Bleimantelkabels (Abb. 1) hat den gezeichneten Querschnitt. Welchen Widerstand haben 100 m der Bleiumhüllung (ρ = 0,21 Ω mm 2 /m)? d 2 = 25 d 1 = 35 Abbildung 1 Aufgabe Z-02/ 6 Wie viel Meter Kupferdraht von 0,25 mm Durchmesser befinden sich auf einer Spule, durch die bei einer angelegten Spannung von 24 V ein Strom von 0,08 A fließt? Seite 2/5

3 Aufgabe Z-02/ 7 Der Heizdraht einer Radioröhre hat einen Widerstand von Ω und wird von 100 ma durchflossen. Welchen Betrag hat die Heizspannung? Aufgabe Z-02/ 8 Um einen Wolframdraht von 0,15 mm Durchmesser auf 3500 C zu erhitzen, ist ein Strom von 2,095 A notwendig. Die erforderliche Heizspannung beträgt 2,56 V je cm Drahtlänge. Welchen Widerstand haben 4 cm des Drahtes? Aufgabe Z-02/ 9 Welche Spannung besteht zwischen zwei 40 cm voneinander entfernten Punkten einer Kupferleitung von 1,0 mm Durchmesser, durch die ein Strom von 6 A fließt? Seite 3/5

4 Aufgabenblatt Z- 03: (Temperaturabhängigkeit, El. Leistung, El. Arbeit) Aufgabe Z-03/ 1 (Temperaturabhängigkeit) Die Kupferwicklung eines Motor hat bei der Temperatur ϑ 1 = 20 C einen Widerstand R 1 = 0,324 Ω. Er steigt nach längerer Betriebszeit der Maschine auf R 2 = 0,382 Ω. Der Temperaturkoeffizient des Leitungsmaterials beträgt bei der angegebenen Ausgangstemperatur α 20 = 3, K Welche mittlere Temperatur ϑ 2 stellt sich in der Wicklung ein? Aufgabe_Z-03/ 2 (Temperaturabhängigkeit) Zwei Widerstände aus verschiedenen Materialien sollen in einem Isolierblock eingegossen und dadurch auf gleicher Temperatur gehalten werden. Für eine Ausgangstemperatur von ϑ 1 = 20 C betragen die Temperaturkoeffizienten der Materialien α 1 = 4, K -1 und α 2 = -1, K Wie groß müssen die einzelnen Widerstände R 1 und R 2 bei ϑ 1 = 20 C sein, damit der Gesamtwiderstand der Reihenschaltung (unabhängig von der Temperatur) R = 60Ω beträgt? Aufgabe Z-03/ 3 (Elektrische Leistung) Die an einem Elektrowärmegerät liegende Gleichspannung wird von U 1 = 220V auf U 2 = 235 V vergrößert. Der Widerstand des Gerätes kann als konstant angenommen werden. 1. Um wie viel Prozent steigt die umgesetzte Leistung? Aufgabe Z-03/ 4 (Elektrische Leistung) Die von einem Widerstand R aufgenommene Leistung soll um p = 25% verringert werden. 1. Um wie viel Prozent ist die anliegende Gleichspannung herabzusetzen? Aufgabe Z-03/ 5 (Wirkungsgrad) Ein elektrischer Wasserkocher mit der Leistungsaufnahme P = 1200 W ist t = 6 min lang eingeschaltet und erwärmt dabei m = 1 kg Wasser von ϑ 1 = 14 C auf ϑ 2 = 100 C. Die spezifische Wärmekapazität des Wassers beträgt c = 4190 J/(kg K). 1. Wie groß ist der Wirkungsgrad η des Erwärmungsvorganges? Seite 4/5

5 Aufgabe Z-03/ 6 (Elektrische Arbeit) Wie viel kostet der Betrieb eines elektrischen Kühlschrankes mit der Motorleistung 750 W für 24 Stunden bei einem Preis von 0,22 je kwh? Aufgabe Z-03/ 7 (Elektrische Arbeit) Wie viel Kilowattstunden kann ein Akkumulator aus 20 Zellen speichern, von denen jede eine Kapazität von 60 Ah bei einer Klemmenspannung von 1,5 V aufweist? Seite 5/5