zur Klausur - Physik in Jena

Klausur Experimentalphysik II, Matrikel 2007, Sommersemester 2008
HS 1/Abbeanum, 01.10. 2008, 08.00 – 10. 30 Uhr
(Maximale Punktzahl 43+3, Minimum zum Bestehen 60% = 26 Punkte)
Name und Matrikel-Nr. auf erstes Blatt, Matrikelnummer auf alle Blätter!
OHNE ALLE HILFSMITTEL!!
Zu jeder Lösung gehören eine oder im Bedarfsfall mehrere Skizzen, die den Sachverhalt
verdeutlichen!
1. In einem Plattenkondensator (Fläche A = 10 cm2, Abstand d = 1 mm) gefüllt mit einem
Dielektrikum mit εr = 100/8,85 ≈ 11,3, soll eine Energie von 125 · 10-7 Ws gespeichert werden.
Welche Spannung muß dazu angelegt werden? (ε0 = 8,85 · 10-12 As/Vm)
2. An einen 24 m langer Konstantandraht (eine Legierung aus 55 % Kupfer, 44 % Nickel und 1 %
Mangan) wird eine Spannung von 12 V angelegt. Die ersten 12 m besitzt er einen rechteckigen
Querschnitt (Kantenlängen a = 1 mm, b = 2 mm). Nach 12 m fasert der Konstantandraht in 3
Bestandteile mit den Querschnitten 0,4 mm2, 0,6 mm2 und 1 mm2 auf, die am Ende wieder
elektrisch verbunden sind. Berechnen Sie
a) die Teilwiderstände und den Gesamtwiderstand des Drahtes (ρel = 50 · 10-8 Ω m)
b) die Stromstärke in den Teilbereichen des Drahtes.
3. Ein aus Eisenstäben (Durchmesser d) zusammengeschweißter quadratischer Rahmen der
Kantenlänge a befindet sich in einem homogenen aber zeitlich veränderlichen Magnetfeld B(t).
Berechnen und zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf der induzierten Spannung Ui(t) für folgende
Fälle:
a) B(t) = b · t
b) B(t) = B0 · cos(ωt)
c) Welche Temperaturänderung erfährt das Eisen im Fall a) nach 1 s?
d) Welche Temperaturänderung erfährt das Eisen im Fall b) nach der Periode T?
a=1m
b = 2 Vm-2
B0 = 2 Vsm-2
dStab = 1 cm
spez. el. Widerstand
ρel = 10-7 Ωm
spez. Massendichte
ρmasse = 10+4 kgm-3
cV = 500 Jkg-1K-1
ω = 1 s-1
4. Die nebenstehend gezeigte Schaltung wird mit
einer Wechselspannung Ue = 10 V der Frequenz f am
Eingang versorgt.
Berechnen Sie den Betrag der Ausgangsspannung Ua
als Funktion der Kreisfrequenz ω und stellen Sie
diese Abhängigkeit graphisch dar.
C = 400 pf, L = 0,4 mH, R1 = 4 kΩ, R2 = 0,04 kΩ
R1
R2
~ Ue
~ Ua
C
L
Zusatzaufgabe: Diskutieren Sie qualitativ die
Abhängigkeit der Phasenverschiebung zwischen der
Eingangs- und Ausgangsspannung von der Frequenz!
Hinweis: Fassen Sie die Bauelemente geschickt zusammen und berücksichtigen Sie, daß
Z = Z eiϕ
bitte wenden!
5. Konstruieren (Skizze) Sie die Abbildung eines Gegenstandes durch eine dünne sphärische
Sammellinse der Brennweite f = 2,5 cm, wenn sich der Gegenstand in einer Entfernung von g = 7,5
cm vor der Linse befindet.
a) Wo liegt das Bild (b = ?)? Berechnen Sie den Abbildungsmaßstab.
b) Beschreiben Sie qualitativ die Änderung des Abbildungsprozesses, wenn es sich um eine
Zerstreuungslinse mit der gleichen Brennweite handelt?
Aufgabe
Punkte
1
4
2
10
3
15
4
9+3
5
5
100%
43 Pkt.
Summe: 43+3
bitte wenden!