1. Sem - Prof. Dr. Remo Ianniello

Rheinische Fachhochschule Köln
Matrikel-Nr.
Nachname
Vorname
Dozent
Ianniello
Semester
Klausur
WS 10/11
Datum
K9
Genehmigte Hilfsmittel:



Jan. 2011
Fach
Grundlagen der
Elektrotechnik
Urteil
Ergebnis: _____ von
121
Formelsammlung
Taschenrechner
Papier, Lineale, Stifte
Zeit: 2 Stunden
Anmerkungen
Tragen Sie den/die Lösungs-Buchstaben bzw. das Ergebnis in
das freie Feld rechts neben der Frage ein.
Keine, eine aber auch mehrere Antworten sind möglich
Bei den Rechenaufgaben werden Punkte vergeben für den
Ansatz, die Berechnung und die Lösung.
Die Ergebnisse müssen die zugehörige Einheit beinhalten.
Fehlende Einheiten halbieren die Punktzahl.
Es gibt Punktabzüge für fehlende Zehnerpotenzen
(z.B. 0,02 A statt 20 mA oder 1301213 Nm statt 1,3·106 Nm)
Viel Erfolg !
K9_11-01-A_L.odt
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1.Elektrostatik
#
Grundlagen der Elektrotechnik
Frage
1
Eine Kugel K1 der Ladung Q1 , der Masse m1 und des Durchmessers d1 schwebt über einer isoliert aufgestellten Metallkugel K2,
die eine Masse m2 hat, einen Durchmesser d2 und mit einer
Ladung von Q2 geladen ist. K1 wird durch ein Kunststoffrohr, in
dem es sich bewegen kann, genau über K2 gehalten, so dass die
beiden Kugeloberflächen einen Abstand von y einnehmen.
y = 20 cm, Masse m1 = m2 = 1 kg, Durchmesser d1 = d2 = 14 cm,
Ladung Q2 = +1mC.
a
Wie groß ist die Ladung auf der schwebenden Kugel K1 ?
b
Die schwebende Kugel K1 …
A) hat einen Elektronenüberschuss, B) hat einen Elektronenmangel, C) ist elektrisch neutral.
c
d
Antw.
P.
Aufgabe 1-1
Prof. Dr. R. Ianniello
126 nC
6
B
1
Wie groß wäre das elektrische Feld an der Stelle, wo die Kugel
K1 schwebt , wenn nur K2 aber nicht K1 da wäre?
9,81 kN/C
3
Was passiert mit K2 solange die Kugel K1 über ihr schwebt?
A) K2 entlädt sich und wird neutral, B) K2 entlädt sich und wird
dann ein wenig negativ, C) K2 entlädt sich und wird dann ein wenig positiv, D) K2 bleibt unverändert geladen.
D
2
auf
elektrische
Ladungen
2
2
Auf wen oder was hat das elektrische Feld eine Kraftwirkung?
3
Warum wird das E-Feld in einem Dielektrikum schwächer? Das
A) … E-Feld bleibt konstant, nur das Dipol-Feld wird schwächer,
B) … äußere Feld wird durch das zusätzliche Feld der Dipole
verstärkt, C) … äußere Feld wird durch das Feld der Dipole geschwächt, D) … äußere Feld wird durch die magnetischen
Dipolladungen des Dielektrikum-Materials geschwächt.
C
2
4
Eine elektrische Ladung ist A) immer von einem elektrischen
Feld umgeben, B) nur dann von einem E-Feld umgeben, solange
es sich um eine freie, bewegliche Ladung handelt, C) nur in
Metallgittern von einem E-Feld umgeben, D) nur zwischen den
Polen einer Spannungsquelle von einem E-Feld umgeben.
A
2
5
Ladungen auf einem Plattenkondensator A) bewegen sich
ständig entlang der Oberfläche, B) werden mit der Zeit
verbraucht, C) sind üblicher Weise auf beiden Platten betraglich
gleich groß, D) erwärmen meistens die Platten um ca. 2·10-3 °C
C
2
Summe
20
K9_11-01-A_L.odt
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2.Gleichstrom
#
1
Grundlagen der Elektrotechnik
Frage
Wie nennt man die Differenz zweier Potenziale?
Antw.
P.
Spannung
1
Uges = 24 V, R1 = 10 Ω , R2 = 30 Ω, RB = 20 Ω
2
Aufgabe 2-5
a
Wie groß ist die Spannung an R1 ?
24 V
2
b
Wie groß ist der Strom durch R2 und die Lampe RB, wenn der
Schalter A geschlossen wird?
0,4 A
2
3
3.Sensoren
#
Frage
1
Wie hoch ist der Widerstand R2 einer Aluminiumleitung mit
R1 = 20 Ω , bei 120°C ?
2
Wofür steht das Kürzel VDR?
U3 = 7,5 V
3
R2 = 5 Ω
2
U1 = 5,63 V
2
U2 = 1,88 V
2
I1 = 188 mA
2
I2 = 94 mA
2
Antw.
P.
29,4 Ω
3
Voltage Dependent Resistor = spannungsabhängiger Widerstand
2
3
Nennen Sie einen typischen Einsatzgrund für Varistoren
Überspannungs
schutz
2
4
Wie heißt der Widerstandswert Temperatur abhängiger
Widerstände bei 20° C ?
BezugsWiderstand
2
5
Kohle ist ein A) NTC- Leiter B) PTC-Leiter, C) VDR-Leiter, D)
TDR-Leiter, E) ABC-Leiter, F) Leiter 1. Stufe?
A
1
Summe
28
K9_11-01-A_L.odt
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4.Elektrochemie
#
Grundlagen der Elektrotechnik
Frage
Antw.
1
Welche Menge an Aluminium-Ionen (Al++) könnte man mit
7,4 mol Elektronen auf einer Katode abscheiden?
100 g
2
Wie groß ist das elektrochemische Äquivalent von
zweifach positiv geladenen Platin-Ionen?
3
Welche Stromstärke ist erforderlich, wenn bei der elektrolytischen Raffination von einwertigem Kupfer in 48h 1,25t
Cu abgeschieden werden?
4
Eine Galvanische Zelle bestehe aus einer Au- und einer Mg-Elektrode, die
jeweils in einer Lösung von Au2+ und Mg2+ eingetaucht sind.
a
Welche Oxidations-Reaktion findet statt?
b
Welche Gesamtspannung liefert eine solche Zelle ?
1,01 mg/C
P.
6
3
11 kA
6
Mg → Mg 2+ + 2e-
2
3,77 V
2
5.Halbleiter/Transistor
#
Frage
Antw.
P.
a
Wie groß muss der LDR R1 werden, damit die Lampe ausgeht?
99 kΩ
6
b
Wie groß wäre dieser Grenzwiderstandswert R1, wenn die
Spannungsquelle ein voller Nickel-Cadmium-Akku (Rundzelle)
wäre? Dann wäre U = 1,2 V
5,96 kΩ
3
2
Ein pnp-Transistor, der an einer Spannungsquelle angeschlossen ist, beinhaltet immer eine ausgeprägte Depletionszone. Auf
welchem Effekt beruht die Tatsache, dass dieser hohe Widerstand von den Ladungsträgern dennoch überwunden wird?
Auf dem
TransistorEffekt.
2
3
Welches ist das Kurzzeichen für die Auffangelektrode beim
Transistor?
C
1
Summe
31
K9_11-01-A_L.odt
Aufgabe 8-1
und SchemataAufgaben
1
Der Schaltkreis eines Lichtsensors in
einem Bewegungsmelder schaltet
erst, wenn die Spannung zwischen
Emitter und Basis 0,7 V überschreitet.
Zunächst ist es hell, und der LDR hat
einen Widerstand von 500 Ω. Bei
Dunkelheit wächst der Widerstand
des LDR an. R2 = 8,35 kΩ, U = 9 V.
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6.Magnetismus
#
Grundlagen der Elektrotechnik
Frage
Antw.
P.
1
Im Luftspalt eines Magneten mit der Flussdichte B = 0,2 T befindet sich ein
elektrischer Leiter, der von einem Strom I = 0,5 A durchflossen wird. Der 1m
lange Leiter liegt senkrecht zu den Feldlinien. Die mittlere Hälfte des Leiters
(500 mm) befindet sich im Magnetfeld.
a
Berechnen Sie die Kraft, mit welcher der Leiter aus dem
Magnetfeld gedrängt wird.
50 mN
3
b
Wie groß ist die FL, wenn der Leiter um 30° gegen das
Magnetfeld geneigt wird? Achtung: Mehr Leiterlänge im MF!
50 mN
2
2
Wie beeinflussen sich zwei benachbarte Weiß-Bezirke in
einem Ferromagneten? A) Sie orientieren sich nach dem
Magnetfeld, das in den Nachbar-Bezirken am häufigsten
vorkommt, B) Sie orientieren sich nach dem stärksten
Magnetfeld in direkter Nachbarschaft, C) Sie beeinflussen sich
gegenseitig nicht
C
2
3
Durch welche Eigenschaft welcher Konstanten sind
diamagnetische Werkstoffe gekennzeichnet ?
µr < 1
2
4
Wie nennt man die Temperatur, bei der ein Leiter vom
normalen in den supraleitenden Zustand übergeht, heißt.
Sprungtemperatur
2
5
Welche Länge ist bei der Berechnung der Feldstärke einer
Spule wichtig: A) die Länge des Drahtes? B) die Länge der
Spule? C) der Umfang der Spule? D) der Durchmesser des
Drahtes ?
B
2
6
Was ist mit “Sättigungsbereich” bei der Magnetisierungskurve gemeint?
Woran kann man
Hartmagnete erkennen?
Die Feldstärken, bei denen alle Weißchen
Bezirke ausgerichtet sind
2
An der großen Hysteresenfläche
2
Taucht man diese Schlaufe komplett in ein Magnetfeld und
bewegt sie darin senkrecht zu den Feldlinien hin und her,
10 wird… A) eine Spannung induziert, B) ein Strom induziert,
C) ein Gegenmagnetfeld erzeugt, D) eine Lorentzkraft
wirksam, E) nichts passieren.
E
2
Ein Magnet, der auf einer Kupferplatte entlang geschoben
wird, A) erfährt eine beschleunigende Kraft, B) wird abge11
bremst , C) erzeugt im Kupfer ein Magnetfeld, obwohl Kupfer
nicht magnetisch ist, D) hat auf Kupfer keine Wirkung.
C
1
Ein senkrecht nach unten gerichtetes Magnetfeld durchsetzt
12 eine Stahlblech-Platte. In welche Richtung geht der erzeugte
Strom, wenn das Magnetfeld mit der Zeit schnel abnimmt?
im UZS
2
Summe
22
K9_11-01-A_L.odt
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7.Wechselstrom
#
Grundlagen der Elektrotechnik
Frage
Antw.
P.
1
Wie groß ist die Phasenverschiebung am Kondensator
(XC = 50 µF, f = 130 Hz) der in einem Wechselstromkreis
parallel zu einem ohmschen Widerstand (R = 20Ω) geschaltet
ist?
-90°
3
2
Eine Spule mit R = 50 Ω, L = 100 mH und ein Kondensator mit C = 820 nF
liegen an einer Wechselspannung mit U = 50 V, f = 400 Hz. Wie groß sind ...
2
a
der kapazitive Blindwiderstand ?
3
485,2 Ω
239Ω·e
-j78°
b
der Scheinwiderstand Z ? (Folgefehler möglich)
c
Wie groß ist der Blindwiderstand der Ersatzschaltung? F.m.
233,9 Ω
3
d
die Stromstärke I ? Ff.m.
209 mA
3
e
die Spannung UL ? Ff.m.
52,52 V ej90°
3
Summe
20
K9_11-01-A_L.odt
6
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Grundlagen der Elektrotechnik
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Lösungen
1.Elektrostatik
Lösung zur Aufgabe 1-1
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2.Gleichstrom
3.Sensoren
1
Wie hoch ist der Widerstand R2 einer Aluminiumleitung mit
R1 = 20 Ω , bei 120°C ?
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29,4 Ω
3
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Grundlagen der Elektrotechnik
4.Elektrochemie
1
Welche Menge an Aluminium-Ionen (Al++) könnte man mit
7,4 mol Elektronen auf einer Katode abscheiden?
2
Wie groß ist das elektrochemische Äquivalent von
zweifach positiv geladenen Platin-Ionen?
3
Welche Stromstärke ist erforderlich, wenn bei der elektrolytischen Raffination von einwertigem Kupfer in 48h die
Masse von 1,25t Cu abgeschieden wird?
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100 g
6
1,01 mg/C
3
11 kA
6
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Grundlagen der Elektrotechnik
5.Halbleiter
a
Wie groß muss der LDR R1 werden, damit die Lampe ausgeht?
99 kΩ
2
b
Wie groß wäre dieser Grenzwiderstandswert R1, wenn die
Spannungsquelle ein voller Nickel-Cadmium-Akku (Rundzelle)
wäre? Dann wäre U = 1,2 V
5,96 kΩ
2
K9_11-01-A_L.odt
Aufgabe 8-1
und SchemataAufgaben
1
Der Schaltkreis eines Lichtsensors in
einem Bewegungsmelder schaltet
erst, wenn die Spannung zwischen
Emitter und Basis 0,7 V überschreitet.
Zunächst ist es hell, und der LDR hat
einen Widerstand von 500 Ω. Bei
Dunkelheit wächst der Widerstand
des LDR an. R2 = 8,35 kΩ, U = 9 V.
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Grundlagen der Elektrotechnik
6.Magnetismus
1
Im Luftspalt eines Magneten mit der Flussdichte B = 0,2 T befindet sich ein
elektrischer Leiter, der von einem Strom I = 0,5 A durchflossen wird. Der 1m
lange Leiter liegt senkrecht zu den Feldlinien. Die mittlere Hälfte des Leiters
(500 mm) befindet sich im Magnetfeld.
a
Berechnen Sie die Kraft, mit welcher der Leiter aus dem
Magnetfeld gedrängt wird. F = I · L x B = 0,5 A ·0,5 m · 0,2 T
50 mN
3
b
Wie groß ist die FL, wenn der Leiter um 30° gegen das
Magnetfeld geneigt wird? Achtung: Mehr Leiterlänge im MF!
50 mN
2
7.Wechselstrom
2
Eine Spule mit R = 50 Ω, L = 100 mH und ein Kondensator mit C = 820 nF
liegen in Reihe an ener Wechselspannung mit U = 50 V, f = 400 Hz. Wie groß
ist...
a
der kapazitive Blindwiderstand ?
b
der Scheinwiderstand Z ?
c
der Betrag des Blindwiderstandes der Ersatzschaltung?
d
e
485,2 Ω
239Ω·e
-j78°
3
6
233,9 Ω
3
die Stromstärke I ?
i78°
209 mA·e
3
die Spannung UL ?
52,52 V ej90°
3
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