1 1. Schulaufgabe

Ingo Blechschmidt, 10C
1 1. SCHULAUFGABE
1
R
K
Abbildung 1: Schaltung der Aufgabe 2
1 1. Schulaufgabe
1. Wenn man an den Teller T eines Elektroskops einen negativ geladenen
Kunststoffstab S annähert, zeigt der Zeiger Z des Geräts einen Ausschlag.
Erkläre dieses Phänomen! Wie nennt man das zugrundeliegende physikalische Prinzip?
Wie erreicht man, dass auch nach Entfernen des Stabes ein Zeigerausschlag
erhalten bleibt, ohne das Elektroskop mit dem Stab berührt zu haben? Beschreibe auch alle durch die geschilderte Maßnahme ausgelösten Vorgänge
und Beobachtungen! (9 Punkte)
Frei bewegliche Elektronen werden vom Stab abgestoßen und wandern von T zum Steg und zum Zeiger.
=⇒ Steg und Zeiger sind negativ geladen.
=⇒ Abstoßung =⇒ Zeigerausschlag
Prinzip: Elektrische Influenz
Erdung des Stages (zum Beispiel durch Berühren)
=⇒ Elektronen fließen ab.
=⇒ Steg und Zeiger sind ungeladen und elektrisch neutral (kein
Ausschlag), das Elektroskop ist positiv geladen.
Stab wird entfernt
=⇒ Gleichverteilung der Elektronen
=⇒ Steg und Zeiger sind positiv geladen.
=⇒ Ausschlag
2. Mit Hilfe der Schaltung auf dieser Seite soll ein Kondensator über einen
Wiederstand R geladen werden. Hierzu wird der Schalter S zum Zeitpunkt
t = 0 geschlossen.
Das t-Q-Diagramm auf der nächsten Seite gibt an, wie dabei die Gesamtladung
Q
2
t
Abbildung 2: Diagramm der Aufgabe 2
I
Ingo Blechschmidt, 10C
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t
Abbildung 3: t-I-Diagramm der Aufgabe 2
Q des Kondensators mit der Zeit t zunimmt.
Ist die Ladestromstärke I zum Zeitpunkt t1 größer oder kleiner als zum
Zeitpunkt t2? Begründe deine Antwort!
Zeichne ein t-I-Diagramm und stelle dort den zeitlichen Verlauf des Ladestroms I grafisch dar! (7 Punkte)
Es gilt: I (t1) > I (t2)
Begründung: I =
∆Q
∆t
Bei t1 ist die Kurve steiler.
=⇒ ∆Q1 > ∆Q2
=⇒ I1 =
∆Q1
∆t
>
∆Q2
∆t
= I2
t-I-Diagramm auf dieser Seite.
3. Will man mit einem Drehspulinstrument einen Wechselstrom messen, muss
dieser gleichgerichtet werden.
Skizziere das Schaltbild für eine „Zweiweggleichrichtung“! Wie nennt man
die hierfür benötigten Schaltelemente?
Bei der Messung von Wechselströmen wird der „Effektivwert“ angezeigt.
Wie ist er definiert? (6 Punkte)
Es werden Dioden benötigt (siehe Schaltbild auf der nächsten Seite).
Ingo Blechschmidt, 10C
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3
U ~
O
Abbildung 4: Zweiweggleichrichtung
L 1
O
R 3
A
I 1
B
R 4
I 2
O
L 2
U
Abbildung 5: Schaltung der Aufgabe 5
Der Effektivwert gibt an, wie stark ein Gleichstrom sein müsste, um
in einem vorgegebenen Zeitintervall die selbe Wärmewirkung hervorzurufen wie der tatsächlich fließende Wechselstrom.
4. Löse bei allen Rechenaufgaben zuerst allgemein nach der gesuchten Größe
auf und setze erst danach die Zahlen ein!
Wie viele Elektronen fließen pro Sekunde durch eine Glühbirne mit dem
Widerstand R = 1, 21kΩ, wenn die Spannung U = 230V angelegt wird?
e = 1, 61 · 10−19 C (6 Punkte)
Q
U
I = UR
=
t
=⇒ R
=⇒
Q=n·e
I = Qt
1018
U
R
=
n·e
t
=⇒ n =
U ·t
R·e
=⇒ n = 1, 18 ·
5. Zwei Birnchen L1 bzw. L2 tragen die Aufschrift 16V / 0, 15A bzw. 24V /
0, 60A.
Die beiden Lämpchen sollen in die Schaltung auf dieser Seite eingebaut und
an die Spannung U = 32V angeschlossen werden.
Wie groß müssen die Widerstände R3 und R4 gewählt werden, damit
an beiden Birnchen die aufgedruckten Betriebsdaten anliegen?
Geg.: U1 = 16V ; I1 = 0, 15A; U2 = 24V ; I2 = 0, 60A; U = 32V ;
Gs.: R3 ; R4 ;
Ingo Blechschmidt, 10C
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4
A
S
U
O
R
O
B
Abbildung 6: Schaltung der Aufgabe 6
Berechnung von R3:

R3 = UI33

=⇒ R3 =
I3 = I 1

U3 = UAB − U1 = U2 − U1
53Ω
U2 −U1
I1
=
24V −16V
0,15A
= 53, 3Ω =
Berechung von R4:

R4 = UI44

=⇒ R4 =
U4 = U − UAB = U − U2

I4 = Ig es = I1 + I2
11Ω
U −U2
I1 +I2
=
32V −24V
0,15A+0,60A
= 10, 6Ω =
6. In der Schaltung auf dieser Seite ist der Widerstand R so gewähöt, dass
bei geschlossenem Schalter S die Betriebsdaten der Lämpchen L1 und L2
eingehalten werden.
Wie ändert sich die Helligkeit der beiden Lämpchen, wenn S geöffnet wird?
Könnte ein Birnchen durchbrennen (wenn ja, welches)?
Begründe alle Antworten genau und vollständig! Keine Rechnung!
Bei Öffnung von S:
RAB wird größer
UAB wird größer
=⇒
=⇒ L1 brennt heller;
UAB
= RRAB
U1 = UAB
U2
2
U = const.
=⇒ U2 wird kleiner =⇒ L2 brennt dunkler;
UAB wird größer
Wenn ein Lämpchen durchbrennen sollte, wird dies L1 sein.