Lösung zu Aufgabe 3 (Aufnahmeprüfung 2008)

Lösung zu Aufgabe 1 (Aufnahmeprüfung 2008)
a) Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen, z.B. von Kohle in einem
Heizkraftwerk, wird zunächst die chemische Energie der Kohle in Wärmeenergie
umgewandelt. Dies geschieht in einem Ofen (oder Kessel). Die Wärmeenergie wird in
einem Wärmetauscher an Wasser abgegeben. Dieses Wasser fließt in einem Kreislauf
zunächst unter hohem Druck in Richtung einer Turbine. Dort tritt das Wasser aus
einem Ventil aus, entspannt sich und verdampft dabei. Der Wasserdampf trifft auf die
Turbinenblätter und versetzt damit die Turbine in Drehung. Die Wärmeenergie wird in
Bewegungsenergie umgewandelt. Das Wasser kühlt dabei ab und kondensiert und
wird wieder in Richtung des Ofens gepumpt. Die Turbine ist an einen Generator
(Dynamo) gekoppelt der die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt.
b) Elektrische Energie von 1m² in einem Jahr: 168,2kWh
Benötigte Fläche: 101,67km² (=101669521m²)
Lösung zu Aufgabe 2 (Aufnahmeprüfung 2008)
1. Bei Temperaturerhöhung dehnen sich (fast) alle Materialien aus. Im Sommer sind die
Schienen also länger als im Winter. Wären keine Dehnungsvorhanden, würden es
durch die Ausdehnung der Schienen zu Spannungen kommen, welche so groß werden,
dass sich die Schienen verbiegen und die Strecke unbefahrbar wird.
2. v  25 ms  90 kmh
3. l  4,8mm
4. Da sich das Aluminium stärker ausdehnt als der Stahl, biegt sich der Streifen bei
Erwärmung nach unten durch.
Einsatzmöglichkeiten: Thermometer, Thermoschalter
Lösung zu Aufgabe 3 (Aufnahmeprüfung 2008)
a)
s in m
1500
Zug1
sTreff
Zug2
tTreff
60
t in s
b) tTreff ≈ 27s; streff ≈ 820m (s. Diagramm)
c) Während der Begegnung der beiden Züge läuft der Fahrgast von hinten nach vorne, d.h.
seine Geschwindigkeit relativ zum Zug Z2 ist größer als die Geschwindigkeit des
sitzenden Zugführers, der Zugführer befindet sich also länger neben dem
entgegenkommenden Zug.
Lösung zu Aufgabe 4 (Aufnahmeprüfung 2008)
a) Das U-Boot hat aufgrund seiner Hohlräume ein großes Volumen, d.h. es verdrängt eine
große Wassermenge. Auch wenn es nur teilweise eintaucht, entsteht eine große
Auftriebskraft, die ausreicht, um die Gewichtskraft des U-Boots zu kompensieren. Für das
Schwimmen ist nicht die Masse des Stahls oder seine Gewichtskraft entscheidend, sondern
die mittlere Dichte des Bootes und diese ist wegen der Hohlräume kleiner als die Dichte
des Wassers.
b)
FA
FG  FA  FG  Fl  g  V  103
kg
N
10 0,85 103 m3
3
m
kg
FG  8,5 106 N
FG
c) Durch die größere Dichte des Wassers im Meer nimmt die Auftriebskraft zu. Da die
Gewichtskraft konstant bleibt, ergibt sich eine resultierende Kraft nach oben, das U-Boot
steigt etwas, bis sich wieder ein Kräftegleichgewicht einstellt.
Lösung zu Aufgabe 5 (Aufnahmeprüfung 2008)
Die Schaltmöglichkeiten können beschrieben oder zeichnerisch dargestellt werden!
R1
R1
U
R2
R2
R1
R2
U
U
U
a) Bei der Reihenschaltung der beiden Widerstände ist Rges am größten und damit der Strom
am kleinsten. Somit ist auch die Leistung am kleinsten.
Beim größeren Einzelwiderstand R1hat die Schaltung den nächstkleineren Widerstand,
damit haben Strom und Leistung den nächstgrößeren Wert.
Der noch kleinere Widerstand R2 ergibt einen noch höheren Wert von Strom und Leistung.
Bei der Parallelschaltung der beiden Widerstände ist Rges am kleinsten und damit der
Strom und die Leistung am größten.
b) R2 = U2/P3 = (230 V)2/802 W = 66 Ω.
R1 + R2 = U2/P1 => P1 = U2 / ( R1 + R2 ) = (230 V)2/331 Ω = 160 W.
c) 1/Rpar = 1/R1 + 1/R2; Rpar = 52,5 Ω; P4 = (230 V)2/52,5 Ω = 1008 W.
Lösung zu Aufgabe 6 (Aufnahmeprüfung 2008)
a)


Glas
b) Ein weißer Lichtstrahl besteht aus allen Farben des sichtbaren Spektrums. Da
verschiedene Farben vom Glas verschieden gebrochen werden, wird der weiße Lichtstrahl
in ein Spektrum aufgespalten. Die Aufspaltung erfolgt in der Reihenfolge
rotgelbgrünblau (vom Lot aus gesehen)
c) n  1,43