Praktisch - Aufgaben der Elektrizität - Fragen und Antworten PDF

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Aufgaben der Elektrizität - Fragen und Antworten...

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Aufgaben Elektrizität Ohmsches Gesetz 1)Eine Lampe 220V/60W wird mit einer zweiten Lampe 6V/5W in Reihe geschaltet und an 220V Spannung abgeschlossen. Was passiert? 2) Wie groß sind die Widerstände der Lampen R=U²/P 220V-Lampe R1=220²V/60W= 807 Ohm 6V-Lampe R2=6²V/5 W= 7 Ohm Gesamtwiderstand: R1+R2=814 Ohm Gesamtstrom: I=Uges/Rges=0,27 A 3) Wie groß sind die Spannungen an den Lampen? U=R*I 220V-Lampe:U1=807Ohm*0,27A= 218 V 6V-Lampe:U2=7Ohm*0,27A= 1,9 V Ergebnis: Die 220V-Lampe leuchtet normal, die 6V-Lampe nur ganz schwach,da der Strom zu gering ist und nur 1,9V ankommen. Durch sie müßte ein viel größerer Strom fließen, damit sie auch hell leuchtet. (etwa 0,8 A) 2)Zwei Widerstände (R1= 2 Ohm und R2=4 Ohm ) parallelgeschaltet. R2 wird nun durch einen höheren Widerstand (z.B. 6 Ohm) ersetzt. Wie ändern sich die Ströme? Werden sie größer, kleiner oder bleiben sie gleich?

sind

I2 wird kleiner I=U/R vorher I=6/4 =1,5 A nachher I=6/6 1A bleibt gleich I= U/R=6/2=3A wird kleiner. I=I1 +I2

= I1 I

3)

Die Widerstände 15 Ohm und 10 Ohm sind in Serie geschaltet R =15 Ohm + 10 Ohm

→

Die Widerstände 20 Ohm und 25 Ohm sind parallel geschaltet

→ Die beiden Widerstände sind in Serie geschaltet.

→ 4)

Es leuchten alle vier Lämpchen. • Dabei leuchten jeweils L1 und L4 bzw. L2 und L3 gleich hell. L1 und L4 leuchten heller als L2 und L3: Der Strom der durch L1 bzw. L4 fließt teilt sich zu gleichen Teilen auf L2 und L3 auf.

•

• Jetzt leuchten nur noch L1 und L4 (gleich hell). •

L2 und L3 sind kurzgeschlossen (durch den geschlossenen Schalter S überbrückt).

5)Um die Helligkeit einer Schreibtischlampe zu erhöhen tauscht Anna die 60 Watt Lampe durch eine 100 Watt Lampe. Verglichen mit der 60 W Lampe hat die 100 W Lampe einen kleineren Widerstand und es fließt mehr Strom. 6)Die Stromstärke in einem Fahrradlämpchen beträgt bei 6V 0,5A. Die Stromstärke in einer größeren Glühlampe (100 Watt) beträgt bei 220V ebenfalls 0,5A.Was ist der Grund? Der Glühdraht im Fahrradlämpchen hat einen kleineren Widerstand.(kleinere Spannung um zu 0,5 zu gelangen) 7)Die beiden Glühlampen sind vollkommen gleich, außer dass der Glühdraht von B dicker ist als von A. Welche Lampe leuchtet heller, wenn jeweils eine Spannung von 230 V angelegt wird? B ist heller weil sie den kleineren Widerstand besitzt. Die Lampe die am meisten Energie pro Sekunde verbraucht ist die hellste: P=I*U. Die Spannung ist bei beiden gleich, die Stromstärke

ist umso größer je kleiner der Widerstand ist. I=U/R. Da der dicke Drat weniger Widersand bietet, fliesst mehr Strom durch ihn. Elektrische Arbeit Elektrische Leistung Ein elektrisches Gerät gibt bei Anschluss an eine 110 V-Wechselspannung eine mechanische Leistung von 450 W ab. Dabei fließt ein Strom von 5,3 A. Berechnen Sie die Schein und Wirkleistung! Die Wirkleistung beträgt 450 W. Das ist das, womit wirklich gearbeitet wird. Die Scheinleistung ist die Leistung, die sich aus der Messung der Spannung und der Stromstärke ergibt: Elektrische Ladungen 1)Eine Glühlampe für 18 V hat eine Leistung von 5,0 W. Wie groß ist die elektrische Ladung, die in einer halben Stunde durch die Glühlampe transportiert wird? Formel:Q=I*t, U=18V, 5,0 W, t=30 min=1800s I=P/U → I= 5W/18V= 0,277A Q=0,277A *1800s=500 As=C 2)Eine kleine Beispielrechnung soll den Einsatz der Formel verdeutlichen. Bei dieser haben wir eine negative Ladung von 0.5 C und möchten den Elektronenüberschuss berechnen.

3)An einen Plattenkondensator wird eine Spannung U= 1500 V gelegt. Auf eine Probeladung q = 2 · 10-9 C wirkt im Kondensator eine Kraft F = 5 · l0-4 N . Bestimmen Sie die Feldstärke und den Plattenabstand! Lösung:

F kN 5 ⋅ 10−4 N E= = 250 −9 Q As . 2 ⋅ 10 C . Werte einsetzen: Elektrische Feldstärke: 1,5kV d = = 0,006m U U kV 250 E= d= d ฀ E , Werte einsetzen: m Elektrische Feldstärke: Coloumbsches Gesetz (2 Punktladungen) E=

Zwei Holundermarkkügelchen im Abstand 2 cm tragen eine Ladung von je 10-8 C. Wie gross ist die abstossende Kraft zwischen den Kügelchen? F ( r) =

1 4πε 0

⋅

Q1Q 2 r2

F=

* 10-8/ (0,02m)²= 0,0022N

1 Punktladung Gegeben sei eine Punktladung Q, die 10 -8C trägt. Wie groß ist das elektrische Feld in 10 cm Entfernung der Punktladung?

1

10−8 C

C 1 Q × − 12 C ; ε0 = 8,85 ×10 − 12 (0,1m)2 2 Vm E = 4π × 8,85× 10 4πε0 r Vm = 8991,80 V/m

Kirchhoffsche Regeln Zuerst Kirchhoff I:. Man wählt einen beliebigen Knoten (hier B oder D) und zeichnet die Ströme die hinein bzw. hinausfließen ein. Über die Richtung der Ströme musst man sich keine Gedanken machen. Hat man sie falsch gewählt erhält man ein Minus als Vorzeichen, sonst passiert nichts. Betrachten wir den Knoten B: I = I1+ I2 Nun kann man sich z.B. I2 ausrechnen: I2 = I- I1

Nun wende Kirchhoff II und das Ohmsche Gesetz U = I.R an. Zeichne die Spannungspfeile von + nach - ein. Spannungen in Maschenrichtung werden positiv gezählt und entgegengesetzt der Maschenrichtung negativ. Masche ABDA: 2.I+4.I1+8 -6 = 0 2.I+4.I1 = -2 1.I+2.I1 = -1

Masche ABCA: 2.I+ 6.(I- I1) - 6 = 0 2.I + 6.I - 6.I1 =6 8.I - 6I1= 6 4.I - 3I1= 3 fasst man beide Gleichungen zusammen erhält man: -11.I1= 7 I1 = -13/11 Ampere ( I1 fließt eigentlich in die andere Richtung) I = 3/11 Ampere Periode und Frequenz der Wechselspannung 1) Die Netz-Wechselspannung hat eine Frequenz von f = 50 Hz. Bestimmen Sie: 1. die Periodendauer

2. die Kreisfrequenz 2) Die Netz-Wechselspannung hat einen Effektivwert von Ueff = 230 V. Wie groß ist der Scheitelwert U^?

3)Mit Hilfe eines Oszilloskopes wird der Spitze-Spitze-Wert einer sinusformigen Wechsel฀spannung mit Uss = 30 V gemessen. Wie groß ist der Effektivwert Ueff der Spannung? 4)Mit Hilfe eines Oszilloskopes wird die Periodendauer einer sinusformigen Wechselspan฀nung mit T = 200µs gemessen. Wie groß ist die Frequenz f der Spannung?

Elektromagnetische Wellen Wellenlänge einer Wasserwelle Für eine Wasserwelle in seichtem Wasser betrage die Wellengeschwindigkeit 3m/s. Die Frequenz der Schwingung von Wasser an einem festen Ort sei f = 2Hz. Berechnen Sie die Wellenlänge λ....