Elektrotechnik 1 PDF

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Elektrotechnik 1 WS2020/21...

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22.01.2021

Online-Klausur Elektrotechnik 1 Maschinenbau (BM I) Prof. Dr.-Ing. Axel Schmidt, RFH Köln Allgemeine Hinweise: Die Dauer der Klausur beträgt 90 Minuten. Für die technische Aufbereitung des Hochladens Ihrer Lösungen werden nochmals 20 Minuten zur Verfügung gestellt (somit beträgt die Gesamtzeit der Klausur 110 Minuten). Ab 13:00 Uhr können Sie die Klausur auf ILIAS herunterladen. Die Klausur endet dann um 14:50 Uhr. Bitte speichern Sie das Dokument Ihrer Lösungen wie folgt ab: NAME_VORNAME_Matr. Nr._ET1_BMI_TT.MM.JJ (z.B. SCHMIDT_FRITZ_123456_ET1_BMI_22.01.21) und schreiben Sie dann ausschließlich nur in diesem Dokument (nur eine PDF-Datei!!!). Mehrere PDF-Dateien als Lösung werden nicht gewertet. Alle Lösungen sind handschriftlich anzufertigen und dann einzuscannen oder abzufotografieren und dann in eine (!!) PDF-Datei einzubinden. Alternativ können Sie auf einem Tablet-PC arbeiten und dann wieder eine (!!) PDF-Datei für Ihre Lösungen erstellen. Achten Sie auf eine stabile WLAN-Verbindung und lassen Sie bitte Ihre Kamera und das Mikrofon über die gesamte Klausurzeit an (ZOOM)! Nutzen Sie die ersten 10 Minuten der Klausurzeit, um alle Aufgaben der Klausur in Ruhe durchzulesen. Melden Sie sich akustisch (ZOOM), wenn Sie Verständnisfragen haben. Diese Fragen werden dann für alle Teilnehmer beantwortet. Der Link des bereits um 12:30 Uhr beginnenden ZOOM-Meetings während dieser Klausur lautet (gleicher Link wie zu der ET1-BMI-Vorlesung): Meeting ID: 884 8648 7432, Kenncode (Meeting-Passwort): 398342, URL: https://us02web.zoom.us/j/88486487432?pwd=MUFKbmFmQW5JL3ZGVTZvcWxPRzlDQ T09 Externe Hilfen und ein Austausch von Informationen untereinander sind strengstens untersagt (Täuschungsversuch!!). Ebenso ist eine Benutzung der Vorlesungsunterlagen nicht gestattet!! Zugelassen ist nur eine selbst erstellte Formelsammlung (Umfang: 1 x ein DIN A4-Blatt, einseitig beschrieben) und ein nicht programmierbarer Taschenrechner. Achten Sie darauf, vor dem Ablauf der Klausurzeit (90 min. + 20 min. = 110 min.) Ihr Dokument wieder an dieser Stelle hier (ILIAS) hochzuladen. Ein verspätetes Hochladen ist nicht erlaubt und wird automatisch durch das System nicht mehr angenommen! Sonderfall E-Mail: Nur bei technischen Problemen oder einer entsprechenden Ansage des Dozenten während der Klausur (ZOOM-Meeting) sollte eine E-Mail an [email protected] mit bitte nur einer (!!) PDF-Datei Ihrer Klausurlösungen in dem Anhang verschickt werden. Wichtig: In der Betreff-Zeile dieser E-Mail schreiben Sie dann bitte: FACH_BEREICH_NAME_VORNAME_Matr. Nr._TT.MM.JJ, also z.B. ET1_BMI_SCHMIDT_FRITZ_123456_22.01.21

Online-Klausur Elektrotechnik 1 (Maschinenbau, BM I, S2) vom 22.01.2021 Bitte schreiben Sie auf jedes Blatt Ihrer Lösungen oben rechts Ihren Vornamen, Nachnamen und Ihre Matr.-Nr.!

Punktvergabe für die Bewertung dieser Klausur: Maximale Punktzahl Aufgabe 1: Aufgabe 2: Aufgabe 3: Aufgabe 4:

Gesamtpunktzahl:

Erreichte Punktzahl

20 41 30 30

121

Σ

Note: ………..

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Online-Klausur Elektrotechnik 1 (Maschinenbau, BM I, S2) vom 22.01.2021 Aufgabe 1: WHEATSTONEsche Brückenschaltung und Dehnungsmessstreifen (DMS) Eine Zugprobe hat einen Elastizitätsmodul von E = 240000 N/mm2 sowie die Querkontraktionszahl ν = 0,3 und ist mit vier DMS (K = 2, RDMS = 120 Ω) gemäß der rechten Abbildung beklebt. Der Querschnitt der Zugprobe beträgt S0 = 100 mm2. Die DMS sind entsprechend einer WHEATSTONEschen Brückenschaltung (Abbildung unten) miteinander verschaltet. a) Wie müssen die Widerstände R3 und R4 gewählt werden, damit die Abgleichbedingung erfüllt ist? b) Bei Belastung des Zugstabes wird ein elektrisches Spannungsverhältnis von ∆U/U0 = 8,125 · 10-4 gemessen. Berechnen Sie daraus die Zugkraft F an dem Zugstab. Hinweis HOOKEsches Gesetz: σ = ε·E = F/S0. c) Kann das Messergebnis durch Biegemomente auf das Zug-Messglied (Zugprobe) oder durch Temperaturschwankungen verfälscht werden? Bitte begründen Sie Ihre Antwort.

(20 Punkte) Aufgabe 2: Spule in einem schaltbaren Netzwerk In der aufgezeigten Schaltung wird der Schalter S zur Zeit t = 0 umgeschaltet. Zahlenwerte: U = 15 V, R1 = R2 = R3 = 0,5 kΩ, L = 1 H. a) Wie groß ist der Strom I vor der Betätigung des Schalters S? b) Wie groß ist der Strom I unmittelbar nach dem Umschalten des Schalters zur Zeit t = 0? c) Wie groß ist der Strom I zur Zeit t  ∞ ? d) Bestimmen Sie die Zeitkonstante τ der R-L-Anordnung. e) Geben Sie den zeitlichen Verlauf des Stromes I(t) in dem Bereich t ≥ 0 an. f) Skizzieren Sie den zeitlichen Verlauf des Stromes I(t) in dem Bereich -τ ≤ t ≤ 5 τ. Hinweis: Fertigen Sie eine Wertetabelle an (Wertepaare t und I(t)). g) Berechnen Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung UL an der Induktivität.

(41 Punkte) Aufgabe 3: Effektivwert einer Wechselspannung Um in der Praxis mit sinusförmigen Größen arbeiten zu können, werden charakteristische Werte benötigt mit denen sich solche Größen kennzeichnen lassen. Außer dem Scheitelwert (Amplitude U0 bzw. UA) hat sich der Effektivwert Ue als besonders günstig erwiesen. Dieser ist z.B. für die von einem Strom erzeugte Wärme maßgebend. a) Kennzeichnen Sie in einem einfachen Liniendiagramm den Verlauf einer sinusförmigen Wechselspannung U(t) bzw. u und zeigen Sie alle weiteren noch wichtigen Größen auf.

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Online-Klausur Elektrotechnik 1 (Maschinenbau, BM I, S2) vom 22.01.2021 zur 3. Aufgabe: b) Definieren Sie in einem Satz den Ausdruck: Effektivwert einer sinusförmigen Größe. c) Leiten Sie die Beziehung für den Ausdruck Ue = U0 /√2, d.h. den Effektivwert einer Wechselspannung, her. Hinweis: Benutzen Sie die folgenden Beziehungen: sin2 (ω ∙ t) = 0,5 ∙ [1 – cos (2 ω ∙ t)] und substituieren Sie in dem speziellen Integral x = ω ∙ t.

(30 Punkte) Aufgabe 4: Komplexe Behandlung einer Wechselstromschaltung Gegeben ist die folgende Schaltung: Zahlenwerte: R = 200 Ω XC = 450 Ω XL = 60 Ω IR = 0,3 A · ej0° a) Berechnen Sie nach Betrag und Phase die Spannung UR. b) Berechnen Sie nach Betrag und Phase den Strom IC. c) Berechnen Sie nach Betrag und Phase den Strom I1. d) Berechnen Sie nach Betrag und Phase die Spannung UL an der Spule. e) Berechnen Sie nach Betrag und Phase die Versorgungsspannung U1 der Schaltung. f) Berechnen Sie den Eingangsscheinleitwert Y der oben aufgeführten Schaltung. Beachten Sie: Bitte geben Sie die Ergebnisse der Aufgabenteile b, c, d, e und f in der Exponentialdarstellung an!

(30 Punkte)

Viel Erfolg!

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Online-Klausur Elektrotechnik 1 (Maschinenbau, BM I, S2) vom 22.01.2021

Deckblatt zur Online-Klausur Elektrotechnik 1 Maschinenbau (BM I, S2) Prof. Dr.-Ing. Axel Schmidt, RFH Köln Bitte nachfolgende Tabelle sorgfältig ausfüllen (Druckschriftbuchstaben):

Nachname: Vorname: Matr. Nr.: Online-Klausur

Hörsaal:

Platz-Nr.: Online-Klausur

Eigenständigkeitserklärung Hiermit bestätige ich, dass ich die vorliegende Arbeit ohne unzulässige Hilfe Dritter selbständig verfasst und keine anderen als die erlaubten Hilfsmittel benutzt habe. Ich versichere ebenso, dass die Antworten von mir selbst eigenständig und in eigenen Worten verfasst wurden und nicht aus anderen Quellen entnommen sind. Durch Eintragung meiner persönlichen Daten bestätige ich, die auf dem Klausurbogen hier formulierte Eigenständigkeitserklärung zur Kenntnis genommen zu haben und dann auch anzuwenden.

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Ort,

Datum,

Unterschrift

Die nachfolgenden Blätter können Sie für Ihre Lösungen verwenden. Natürlich können Sie auch eigene Blätter für Ihre Lösungen benutzen. Dieses Deckblatt hier und Ihre Lösungsblätter fassen Sie dann bitte in einer PDF-Datei zusammen. Sehr wichtig: Diese eine PDF-Datei mit Ihren Lösungen muss den folgenden Dateinamen haben: NAME_VORNAME_Matr. Nr._ET1_BMI_ 22.01.21 Auf dem letzten Blatt Ihrer Lösungen hier scannen (oder fotografieren) Sie bitte einen gültigen Lichtbildausweis und eine gültige Semesterbescheinigung der RFH Köln mit ein (bitte auf eine gute Lesbarkeit achten!).

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