R3 R R2

Einführung in die Physik für Natur- und Umweltwissenschaftler (WS2014/15)
Prof. B. v. Issendorff
Übungsblatt Nr. 11, 21.1.2015
1) Ohm’scher Widerstand
R3
R1
R2
U
a) In der dargestellten Widerstandsschaltung wird eine Spannung U=10 V angelegt. Welche
Spannungen U1 , U2 , U3 fallen an den Widerständen R1 = 100 Ω, R1 = 200 Ω, R1 = 300 Ω ab
und welche Leistungen P1 , P2 , P3 werden an den Widerständen abgegeben?
a)
b)
b) Eine herkömmliche Glühlampe besteht aus einem dünnen, feinen aufgewickelten Wolframdraht, der sich in einem mit Schutzgas (Stickstoff-Argon-Gemisch) gefüllten Glaskolben befindet,
s. Abb. Wie lang ist dieser Draht (Durchmesser d = 50 µm) bei einer Glühlampe, die bei einer
Spannung U = 230 V eine elektrische Leistung P = 100 W erzeugt? Der spezifische Widerstand
von Wolfram beträgt bei Glühtemperatur ρ = 7, 8 · 10−5 Ωm.
c) Es soll 1 MW elektrischer Leistung über ein Kupferkabel (Querschnittsfläche A = 10 cm2 ,
spezifischer Widerstand von Kupfer ρ = 1.7 · 10−8 Ωm) 10 km transportiert werden. Bei einer
Spannung U = 1000 V, welchem Strom I entspricht diese Leistung (Verluste erstmal noch nicht
eingerechnet)? Bei dieser Stromstärke, welche Spannung fällt über das Kabel ab (welches als
Widerstand anzusehen ist)? Welche Leistung wird also im Kabel in Wärme umgewandelt? Wie
groß ist die Verlustleistung im Kabel, wenn bei einer Spannung von 100 000 V gearbeitet wird?
2) Magnetfelder
a) Welche Kraft wirkt zwischen zwei parallelen Leitern mit einer Länge von 2 m und einem
Abstand von 1 cm, durch die je ein Strom von 100 A in die gleiche Richtung fließt?
a)
I
b)
I
b
a
b) Die Abb. oben zeigt eine stromdurchflossene (Strom I = 10 A) Leiterschleife, die sich in einem
~ = 0.1 T befindet. Die Kantenlängen betragen a = 2 cm
homogenen Magnetfeld der Stärke |B|
und b = 5 cm. Berechnen Sie das mechanische Drehmoment T , das auf die Leiterschleife wirkt,
~
für den Fall daß die Leiterschleife senkrecht zum B-Feld
steht (Abb. a).
c) Welches Drehmoment T wirkt auf die Leiterschleife, falls sie im Winkel α = 45◦ bzw. α = 90◦
steht (Abb. b)?