EPII-Blatt-9
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9. Übung zur Vorlesung EP II SS 2013 Dr. Darren Southworth Besprechung der Aufgaben am 19. Juni 2013 Aufgabe 1: Algemeine Fragen a) Eine Kreisschaltung, die eine Spule enthält, gibt Funken von sich bei plötzlichen Unterbrechungen. Warum? b) Es befinde sich Materie in einem magnetischen Feld. Das magnetische Feld innerhalb der Materie ist nicht identisch zu dem Äußeren. Warum nicht? c) Was bestimmt die Frequenzbreite (Güte) einer LC-Resonanz? Aufgabe 2: Schwingkreis mit Wechselspannungsquelle Ein Wechselspannungsgenerator erzeuge die Spannung U (t) = U0 sin(ωt) mit U0 = 100 V und variabler Kreisfrequenz ω. Er treibt in einem Reihenschwingkreis (R = 5 Ω, C = 2 µF, L = 10 mH und Generator in Reihe geschaltet) eine erzwungene Schwingung. a) Bestimmen Sie die Resonanzfrequenz des Kreises. b) Im Resonanzfall ist die Stromamplitude I0 maximal. Was bedeutet das für die Gesamtimpedanz Zges und Effektivstrom Ief f bei Resonanz? c) Wie lauten bei ω = 8000 rad/s: ZC , ZL , Zges , Ief f und die Phasenverschiebung φ? Aufgabe 3: Hochspannungsleiter & Tranformator Das Kraftwerk München Süd versorgt die Kleinstadt Starnberg mit Strom. Starnberg ist von 25 Kilomenchen bewohnt, die jeweils durchgehend den deutschen Durchschnittsverbrauch von 500 W verwenden. Angenommen, dass die 20 km-lange 110 kV Hochspannungsleitung mit Kupferkabel (1 cm Durchmesser, ρCu = 1, 7 × 10−8 V m/A) ausgestattet ist, a) was ist die Stromstärke in der Leitung? b) wie groß sind die Verluste? c) was ist der Spannungsabfall zwischen München und Starnberg? d) was ist das Windungsverhältnis eines Tranformators, mit dem (in einem Schritt) die Hochspannung auf 220 V herabgesetzt werden kann? Aufgabe 4: Magnetische & elektrische Feldenergie Vergleichen Sie die magnetische und elektrische Feldenergie sowie die Gesamtenergie in einem Würfel mit einem Volumen von 1 m3 , in dem ein homogenes magnetisches Feld von B = 1 T (etwa das stärkstmöglichste Feld eines permanenten Magnets) und ein homogenes elektrisches Feld von E = 106 V/m (kurz vor dielektrischem Durchschlag in Luft) herrschen.
