Abschlussprüfung 2008 Physik Aufgabengruppe B an den Realschulen in Bayern Elektrizitätslehre I B 1.1 Aufgabe B 1 Lösungsvorschlag Pel = U ⋅ I Pel = 3, 4 V ⋅ 0,350 A Pel = 1, 2 W B 1.2 A V B 1.3 I in mA 400 100 U in V 1,0 B 1.4 Lösung entsprechend dem Unterricht, z. B.: • • • B 1.5.1 Eine Halbleiterdiode besteht aus einer n-Schicht mit frei beweglichen Elektronen, einer pSchicht mit Defektelektronen und einer ladungsträgerarmen Zone mit einer negativen Raumladung in der p-Schicht und mit einer positiven Raumladung in der n-Schicht (elektrisches Feld). Nur wenigen von der äußeren elektrischen Spannung angetriebenen energiereichen Ladungsträgern gelingt es, das elektrische Feld der Raumladungen zu überwinden. Dies bewirkt einen geringen Stromfluss. Erst ab der Schleusenspannung ist die ladungsträgerarme Zone abgebaut und die Stromstärke nimmt deutlich zu. U v = U ges − U LED Rv = B 1.5.2 3,0 t= Q I Uv Iges U v = 4,5 V − 3,4 V U v = 1,1 V 1,1 V 0,350 A R v = 3,1 Ω Rv = t= 2800 mAh 350 mA t = 8,00 h Abschlussprüfung 2008 Physik Aufgabengruppe B an den Realschulen in Bayern Elektrizitätslehre II Lösungsvorschlag B 2.1.1 Beobachtung: Die Waage zeigt vorübergehend einen größeren Wert an. B 2.1.2 Begründung entsprechend dem Unterricht, z. B.: • • • • B 2.2.1 Aufgabe B 2 Bewegt man den Stabmagneten mit dem Nordpol in das Spuleninnere, so wird die Spule von einem stärker werdenden Magnetfeld durchsetzt. Die entstehende Induktionsspannung verursacht im geschlossenen Stromkreis einen Induktionsstrom, dessen Magnetfeld nach der Regel von Lenz der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt. An der oberen Spulenöffnung entsteht vorübergehend ein magnetischer Nordpol. Infolge der Abstoßung gleichnamiger Magnetpole zeigt die Waage kurzzeitig einen größeren Wert an. Versuchsbeschreibung entsprechend dem Unterricht, z. B.: • • Spulen mit unterschiedlichen Windungszahlen werden in Reihe an ein Spannungsmessgerät angeschlossen. Man lässt nun einen Stabmagneten nacheinander aus der gleichen Höhe (und damit mit der gleichen Geschwindigkeit) in das Innere der einzelnen Spulen fallen. Ergebnis: Je höher die Windungszahl der Spule ist, desto größer ist die Induktionsspannung. B 2.2.2 Die Induktionsspannung ist umso größer, je • • kürzer die Zeit ist, in der sich das Magnetfeld um einen bestimmten Betrag ändert, größer der Betrag ist, um den sich das Magnetfeld in einer bestimmten Zeit ändert. Abschlussprüfung 2008 Physik Aufgabengruppe B an den Realschulen in Bayern Atom- und Kernphysik Lösungsvorschlag N (t) B 3.1.1 Aufgabe B 3 B 3.1.2 Das Radonisotop Rn-220 besitzt 220 Nukleonen im Kern, davon sind 86 Protonen und 134 Neutronen. Die Anzahl der Elektronen in der Hülle beträgt 86. B 3.1.3 220 86 N0 4 Rn → 216 (+ γ) 84 Po + 2 He t in s 56 B 3.2 112 168 224 280 336 392 t ⎛ 1 ⎞T N(t) = N 0 ⋅ ⎜ ⎟ ⎝2⎠ ⎛ 0, 40 ⋅ N 0 ⎞ ⎟ N0 ⎠ 2⎝ t = 5730 a ⋅ log 1 ⎜ B 3.3 t = 7, 6 ⋅ 103 a Aufgaben entsprechend dem Unterricht, z. B.: • • • B 3.4 ⎛ N(t) ⎞ t = T ⋅ log 1 ⎜ ⎟ N0 ⎠ 2⎝ Das Wasser kühlt die Brennstäbe. Es übernimmt den Energietransport für die bei der Kernspaltung freiwerdende Energie. Die Wassermoleküle bremsen die bei der Kernspaltung freiwerdenden schnellen Neutronen ab, so dass diese weitere Kerne spalten können (Moderatorfunktion). Entsprechend dem Unterricht, z. B.: • • anziehende Wirkung zwischen allen Nukleonen sehr geringe Reichweite Abschlussprüfung 2008 Physik Aufgabengruppe B an den Realschulen in Bayern Energie B 4.1 Energie für den Standby-Betrieb pro Jahr und Person: Wel = 0,16 ⋅ 1, 2 ⋅ 103 kWh Standby-Energie in Bayern: Kosten : B 4.2.1 Aufgabe B 4 Lösungsvorschlag Wel = 12,5 ⋅ 106 ⋅ 1,9 ⋅ 102 kWh € 2, 4 ⋅ 109 kWh ⋅ 0, 20 kWh Wel = 1,9 ⋅ 102 kWh Wel = 2, 4 ⋅ 106 MWh 48 ⋅107 € Energieumwandlungen entsprechend dem Unterricht, z. B.: chemische Energie der Kohle ↓ Verbrennung der Kohle innere Energie der Verbrennungsgase ↓ Wärmetauscher innere und mechanische Energie des Wasserdampfs ↓ Turbine mechanische Energie der Turbine ↓ Generator elektrische Energie B 4.2.2 B 4.2.3 Pauf = PNutz η Pauf = 270 MW 0,36 Energie in 24 h: W = 7,5 ⋅ 102 MW ⋅ 24 ⋅ 60 ⋅ 60 s Steinkohlebedarf: m= PNutz η Lageenergie des Wassers: Pauf = Masse des Wassers: m= Pauf = Wpot m= 6,5 ⋅ 107 MJ MJ 30 kg 270 MW 0,85 = m⋅g⋅h Pauf = 7,5 ⋅ 102 MW W = 6,5 ⋅ 107 MJ m = 2, 2 ⋅ 103 t Pauf = 3, 2 ⋅ 102 Wpot g⋅h 3, 2 ⋅ 108 Nm ⋅1 s s N 9,81 ⋅ 200 m kg m = 1,6 ⋅ 102 t MJ s