Lösungen Physik 9 53 O2 im Schnittpunkt der

Lösungen
Physik 9
O300b (5| − 6 23 )
Optik
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Brechung
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Brechungsindex
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
O80 Wasser: 1.33 Glas: 1.5 Diamant: 2.42
O82 158 000 km
O84 n = 1.54
s
km
O86 200 000 s
n = 1.5 O88 n = 1.31 47.5◦
O90 Steigung= 1/n O92 31.1◦
O94 ∆xLuf t = 30 cm
β = arctan(0.5) = 26.565◦
◦
α = arcsin(sin(β)/n) = 19.5975
∆xW asser =
tan(α) · 1.80 m = 64.09 cm
∆xgesamt = 94.09 cm
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Totalreflexion
Linsen
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
◦
O204a 12.5
O204b 9 cm O206 wird größer
O210 M S ∩ BE → S(40| − 10)
O212 mm-Koord.system für diese und ähnliche
Aufgaben:
x-Achse=optische Achse in Strahlrichtung
y-Achse=in Mittelebene nach oben
Abkürzungen:
BS,PS,MS: Brenn-, Parallel-, Mittelpunkt-Strahl
ME,BE: Mittel-, Brenn-Ebene
S: Strahlenschnittpunkt
S(60|42)
O214 gemeinsamer Brennpunkt
O218 Bündel wird verengt
O282
O284
O286
O290
O294
O298
Linsengleichung
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
O360 f = gb/(b + g) g = bf /(b − f ) b = gf /(g − f )
O362 b = 12 cm B = 2.5 cm O364 g = 37.5 cm
O366 b = 112 cm=28
ˆ mm B = 48 cm=12
ˆ mm
O368 b = 40.3 mm B = 11.94 mm
O370 b = 72 cm B = 18 cm O372a f = 17 17 cm
O372b b = 50 cm f = 22 29 cm
O374 37.5 cm = n+1
O376 f /(g − f )
n ·f
b−f
b
O380 gb = B
=
=
−
1 | : b g1 = f1 − 1b
G
f
f
O382 Abstand d = g 2 /(g − f )
dmin = 4f
Abbildung durch Linsen
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
b = 84 mm B = 35 mm
b = 55 mm B = 30 mm
b = 40 mm B = 2 23 cm O288 b bleibt gleich
(75|−24)-(75|15) O292 b = 4.5 cm f = 3 cm
g = 7.5 cm O296 b = 45mm
b = 24 cm B = 3 cm O300a (−5| − 6 23 )
minimal für g = 2f
O384 Im Bild liegt die Pfeilspitze um G weiter von der
Linse entfernt als der Fußpunkt.
O386a 3 → 6 4 → 4 5 → 3 31 6 → 3 10 → 2.5
O386b Schnittpunkt (2|2)=(f
ˆ |f )
O386c z.B. aus Vergleich von Steigungen zwischen
f
1
1
(0|b) − (f |f ) − (g|0)
− b−f
f = − g−f ⇔ f = b +
√
2
O390 g = 2l ± l4 − lf = 50 cm ± 22.36 cm
Virtuelle Bilder
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
O440 b =
O442 b =
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
O140 49◦ 25◦ O142 ergäbe: 41.3◦
O150 in einem 49◦ -Sichtkegel: die Welt über Wasser;
überlagert vom Spiegelbild des Beckenbodens und der
Wände auf ganzer Fläche
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
O302 35.95 mm
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
O2 im Schnittpunkt der Verlängerungen der Linien vom
Auge aus
O4a 40◦ O4b 58◦ O6a 13◦ − 7◦ = 6◦
O6b 56◦ − 25◦ = 31◦ O6c 60◦ − 41◦ = 19◦
O8a (90◦ − 29◦ ) + (90◦ − 40◦ ) = 111◦
O8b über Schnittpunkt mit y = x − 10: 37◦
O8c über Schnittpunkt mit y = 90 − x: 53◦
O12 Versatz/mm: 19.2 ( 33.2 , 9.7 )
O14 Diamant hat höhere O16 41.9◦
O18 Unterschied Glas-Wasser kleiner als Luft-Glas
O20a αL1 = 36◦ αG1 = 23◦ αG2 = 30◦ αL2 = 49◦
O20b 31.6◦ O20c 42◦
O22a αL1 = 72◦ αG1 = 39◦ αG2 = 13◦ αL2 = 19◦
O22b 49 mm O24 ähnlich wie Fisch&Indianer
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
53
O444
−9 31
− 24
7
cm B =
≈ −3.4 cm
g
g→∞
g > 2f
g = 2f
f < g < 2f
g=f
f > g > f /2
g < f /2
4 23
1
g
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
cm
B ≈ 8.6 mm
b
b→f
f < b < 2f
b = 2f
b > 2f
b=∞
b>f
b<f
B
B→0
B<G
B=G
B>G
B=∞
B > 2G
G < B < 2G
O446 ja, Strahlen vorhanden
O448 Fotoplatte am Ort des Bildes nimmt nur reelles
Bild auf; fotografieren lässt sich jedes Bild
O452b b = −60 mm B = −75 mm
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Optische Geräte
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
O500 f = 33.53 mm
O502 b = 40.54 mm (B = 25.68 mm) G = 1.48 m 42 cm
weg
O504 lim b = f ist praktisch erreicht
g→∞
O506 CCD-Chip statt Photofilm O508 näher
O510 kurzsichtig O514 12.5 dpt O516 25 cm
O518 f = 19.05 cm b = 21.3 cm O520a 3
O520b g = 3 cm
O522 ein Fernrohr verdichtet Strahlenbündel
O524 gemeins. Brennpunkt, kürzere Bauform,
aufrechte Bilder
O526 auf 31.5◦ O530 9 cm
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
O580a virtuell
Vermischtes
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
O580b b = −18 mm
B = −10 mm
54
Physik 9
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Farbe
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
L132 U =
Lösungen
W
Q
=
F ·d
Q
=
=
F
Q
·d=E·d
O640 schneller
O642 Sonne hinten, Regen vorne; auf der Verlängerung
Sonne-Beobachter
O646 fblau < frot
Elektrische Größen
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Elektrische Ladung
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Ladungsphänomene
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
L2 Anziehung
L4 gleiches Vorzeichen → Abstoßung
Vorzeichen → Anziehung
L6a außen L6b außen L6c außen
L8 K1, K2: je + 14 Q K3: − 12 Q
L10 mit U : ping-pong“
”
auspendeln
L12 keine
ungleiches
L6d innen
ohne U und Pusten:
Elektronen
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
L60 Neutronen (0) Protonen (+) Elektronen (−)
L62a − an Katode L62b Verdampfen L62c −
L62d ja, wenn geheizt L64a Elektronen drauf
L64b Elektronen runter
L64c Elektronen aus Erde kommen drauf
L64d Elektronen treten über
L64e Elektronen aus Becher gehen auf Kugel über
L66 1.5 · 1020 L68 W = Q · U = 2.403 · 10−19 J
L70a 16 C/e = 9.99 · 1019 L70b V = 1.175 mm3
L70c l = 0.47 mm L70d 0.47 mm
L72 B
s
L74 1 eV = 1.602 · 10−19 J
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Braun’sche Röhren
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
L124 a) horizontal hin, her
b) diagonal von links oben nach rechts unten
c) auf einer Acht .
..
..
.
.
.
..
...
...
..
b) ......
....
....
.. ..
.. c)
..
.
....
....
. ..
...
...
...
...
.
.
.
.
.
..
.
.
..
..
...
...
.
...
...
.
....
....
................................................................................................
...
...
....
....
.
..
..
..
...
...
..
..
.
.
.
.
.
.
.
.. .
...
...
...
...
...
...
.. ..
...
...
...
...
....
....
..
....
.............
.............
....
.............................
..... ...........
.. ......
...
a)....... ....
c)
... ....... .....
... b). .. .... ....
...
.. ...
... .......... ......
... ... ......... ......
.
...
.
.
.... ...
.
...
..
.. ... .. ...
..
.. .
.. ...
... ...... ..... .. ..... ... ....... . ... ..... .... ...... ..
...
.
.
... ... ...
.
.
.
.
.
....
..
... .... ...
.. .... .
..
...
...
... ..... ...
... ... ...
.. ......
..
..
...
... .......
... .... ...
..
...
...
.
.
.
.
....
.
.
... .......
... .... ....
... ........
..
...
.
...................... .
... ....
....
a)
L126c
L128c
C b) a)
A
CA
UX CA C A
UY C Aa)
b)C
L130 A
6
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
G2 Ampere ist Basis
Coulomb früher über
Knallgas-Produktion definiert
G4 Autos/Stunde m3 /s W bit/Sekunde
G6 2520 C G8 25 A G10 15 s G12 0.16 ms
G14 14 C G16 t = Q/I = 0.192 C/0.0032 A = 60 s
G18a 10 h G18b 50 A
G20a Q = I · t = 1200 mAh = 0.6 A · 7200 s = 4320 C
G20b t = Q/I = 72 C/0.6 A = 120 s
A
G20c 3 · 3 h = 9 h G22 10 32 mm
2
G24 I1 = 0.5 mA > I2 = 0.45 mA
G26 I = 40 A A ≥ 5 mm2
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
L14 Ladungstrennung durch Annäherung von Ladung
ohne Berührung
L16c alle Vorzeichen, kein sichtbarer Unterschied
L18a Kontakt A-B, Annäherung C, Trennung A-B
A +
B −
⃝
L18b ⃝
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Stromstärke und Ladung
Spannung
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
G80 a) 3.6 b) 1.2 c) 1.2 d) 3.6 e) 0 f) 3.6 g) 1.2 h) 7.2
G82 je 2 Lämpchen & Batterien seriell: I gleich, U
doppelt
2 Lämpchen parallel & 1 Batterie (oder 2
parallel): I doppelt, U gleich
2
G84 V = kg·m
G86 seriell G88 20 V (4 V)
A·s3
G90 19.5 nJ G92 1.5 V
G94 UAB = 4000 V UBC = −3000 V WAC = 3 uJ
G96 Q = W/U = 4 C
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Leistung
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
G140 V · A = CJ · Cs = Js = W
G142 immer: elektrische Energie → Wärme des
Glühdrahtes
bei bereits erhitztem Draht zusätzlich:
Wärme Draht → Wärme Umgebung, Licht
G144 t = W/P = 30 s G146 0.9 W G148 720 J
G150 0.030 kWh G152 94.5 MW G154a 0.261 A
G154b 3680 W G156b 1.2 W G156c 12960 J
G158 294 V
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Widerstand
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
G220a R = U/I = 5 Ω G220b P = U · I = 8820 W
G222 U = R · I = 1692 V G224 6 Ω G226 40 V
G228 12 A G230a 90 Ω
G232 I80 = 495 mA
I88 = 90.90%I80 = 450 mA
I72 = 111.1%I80 = 550 mA
I = 500 mA ± 10%
G234 U 2 /R = P = RI 2
G236a I = 5 A
P = 1150 W
W = 1.035 MJ◦= 0.288 kWh
G236b 49 21 C G238 529 Ω
G240 ∆W = 10.5 kJ P = 35 W U = 20.5 V
G242c 4 Ω
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Vermischtes
881 23
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Ω G304 5.73 s
G300 8.33 A G302
G306 216 kC G308 252 s G310b 2 h
Lösungen
Physik 9
G310c 3456 J G312a ·9 G312b +21% (−19%)
G314 P = U · I = 920 W
W = c · m · ∆ϑ = 52920 J
t = W/P = 57.5 s
G316a I = 1.667 A t = 30 h morgen früh, 500
Malaysia
G316c Q = 180000 C = 1.124 · 1024 · e
G316d I = 0.417 A R = 28.8Ω G318 36%
G322a t = Q/I = 6000 s
G322b W = Q · U = 180 mJ G324a 50 Ω
G324b 4 A G324c 920 W G326a 25 V
G326b 6 J G326c 1.5 s G328a 36 J
G328b 12 C G332a t = Q/I = 5 s
G332b I = U/R = 0.6 A
G332c ∆W = ∆P · t = 360 kJ
G334a U = R · I = 375 V G334b I = P/U = 3.75 A
G334c P = U 2 /R = 250 W G336a U = W/Q = 6 V
G336b W = R · I 2 · t = 36000 J
G336c W = Q · U = 200 J
G338a R = U/I = 1150 Ω
G338b W = P · t = 3.6 MJ G338c I = Q/t = 4 A
G340a P = W/t = 25 W G340b Q = I · t = 3600 C
G340c U = P/I = 75 V
G342a ∆I = ∆U/R = 0.2 A
√
G342b Q = I · t = 720 C G342c I = P/R = 3 A
Serienschaltung
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
S2a ∆p1 = 8 bar ∆p2 = 1 bar S2b [1]
S2c sie steigen S2d I1 ↓, I2 ↑
S2e pM → 4 bar, (I1 = I2 ) S4 pM → 4 bar
S6d R12 = 500 Ω I = 240 mA U1 = 48 V U2 = 72 V
S8 RAB = 650 Ω I = 200 mA UA = 36 V UB = 94 V
S10a R123 = 880 Ω I = 125 mA
S10b U1 = 20 V U2 = 40 V U3 = 50 V
S12a UAD = 40 V UAC = 4 V UAB = 0.4 V
S12b z.B. 5 Ω, 7 Ω, 12 Ω in Serie S14a 30 V
S14b 30 V S14c I = 333 mA U = 50 V
√
S14d I = P/R = 577 mA U = 86.6 V S16 2 V
S18 n-mal so groß wie beim einzelnen
S22 halb“ hell S24 21
”
S26 I = 214.3 mA Rges = 56 Ω Rv >= 14 Ω
S28a 500 . . . 0 mA S28b I/A = 50/(100 + x)
S30 fällt S32a → 2 Ω S32b → 1.1 Ω = 10
9 Ω
11
S32c 1; 1 32 ; 2 19 ; 2 27
; 2 49
→
3
Ω
81
V über Schalter ̸= 0
V über
S34 offen: nur ⃝
zu: nur ⃝
Schalter = 0
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
30
50
100
10
20
60
7.5
8.3
9.09
12
14.2857
16.6
20
27.27
37.5
S88a R12 = 100 Ω R123 = 80 Ω I = 11.25 A
S88b I1 = 6 A I2 = 3 A I3 = 2.25 A S90a 100 Ω
S90b 24 Ω S92a RS = R1 + R2 + R3 = 3210 Ω
S92b R11 + R12 + R13 = 0.1053/Ω RP = 9.49367 Ω
S94 999 kΩ S96a R12 = 36 Ω U = 7.2 V
S96b 12 V S96c U = 20 V
√
S96d U = P · R = 34.641 V S98 8 A
S100 R1 = 2116 Ω I1 = 108.7 mA I8 = 870 mA
S102 1108 Ω
S104a 20 → 15 40 → 24 60 → 30 80 → 34.3 37.5
120 → 40
S104b Schnittstellen=Ersatz-R’s
S108a ∞ . . . 500 mA S108b I/A = 0.5 + 50
x
S110a → 12 Ω S110b → 0 Ω S112 Leitwerte
S114 1/n-mal so groß wie beim einzelnen
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Komplexe Schaltungen
I4
I5
U1
U3
U5
2A 3A 1V 3V 9V
U1
U4
I2
I4
I6
S162a
4V 20V 3A 1A 5A
S162b 36 V
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
S160
R3
3Ω
S164 R34 = 120 Ω
R1−4 = 300 Ω
I1 = I2 = 100 mA
U1 = U2 = 9 V U3 = U4 = 12 V I3 = 60 mA I4 = 40 mA
S166 720 Ω 360 Ω 160 Ω 80 Ω
S168 900 Ω − 92.3 Ω = 807.7 Ω
Elektrische Schaltungen
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
S86
55
Parallelschaltung
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
S80d R12 = 120 Ω I = 1 A I1 = 600 mA I2 = 400 mA
S82 RAB = 260 Ω
I = 500 mA
IA = 276.6 mA
IB = 223.4 mA
Ω
S170 720
11 = 65.45 Ω sonstige: 720 Ω 440 Ω 330 Ω 264 Ω
180 Ω
160 Ω
100 Ω
S172a 280 Ω S172b I5 = 1.5 A I1 = 0.5 A
U4 = 180 V U2 = 60 V
S172c Rges doppelt Ii halb Ui gleich
S174a I = 100 mA U1 = U2 = 10 V U3 = 4 V
S174b I3 = 300 mA
I4 = 240 mA
I1,2 = 60 mA
U3 = U4 = 12 V
U1 = U2 = 6 V
I1 I2
I3
U1 U2 U3
1
0
1/2 1/2 0
S176b auf 1
zu 1 1/2 1/2 2/3 1/3 1/3
2 4
S176c +33 13 % S178
6 0
S180 Lücken Ri :
Ui :
15
18
S182 U2 = 80 V
IX = 50 mA
S184 12 V
50
150
5.2
Ii :
U1 = UX = 35 V
100
150
220
120
I1 = 350 mA
RX = 600 Ω
S186 RAB = 40 Ω
RABV = 120 Ω
IV = 0.3 A
UV = 24 V
UAB = 12 V
IA = IB = 0.15 A
S188 I = 4 A R = 1.25 Ω Rges = 3 Ω RV = 1.75 Ω
PV = 28 W
S190 I = 50 mA RV = 40 Ω
S192a U0 = 9.6 V RS = 64 Ω I = 150 mA U24 = 3.6 V
U40 = 6.0 V
S192b RP = 15 Ω
I0 = 640 mA
I24 = 400 mA
I40 = 240 mA
S194a RS = 162 Ω RP = 40 Ω S194b 180 V
56
Physik 9
S194c I = 500 mA U90 = 45 V S194d 400 mA
S196 R134 = 23 R = 160 Ω
R1−5 = 58 R = 150 Ω
I5 = 500 mA
I2 = (100 + 200) mA
U2 = 72 V
U1 = U4 = 24 V
S198a UX = RX · IX = 9 V = UY
IY = UY /RY = 200 mA
S198b UZ = Uges − UXY = 7 V IZ = IX + IY = 350 mA
RZ = UZ /IZ = 20 Ω
S200 RXY = 180 Ω
RXY Z = 320 Ω
IZ = 350 mA
UZ = 49 V UXY = 63 V IX = 150 mA IY = 200 mA
S202 R23 = 15 Ω R123 = 60 Ω I1 = 900 mA U1 = 40.5 V
U23 = 13.5 V
I2 = 150 mA
I3 = 750 mA
S204 Ja: 2000 Ω parallel dazuschalten
S206a 4 in Serie S206b 2 parallel
S206c 5 parallel
S206d Serie: 1–(2parallel)–(4parallel) S208a 60 mA
S208b 120 mA S208c 40 mA
S210a UA = 3,6 V
RA = 3 Ω
RBC = 7 Ω
RB = RC = 14 Ω
S210b 600 Ω = RABC = 1.5RA RA = 400 Ω
S214a Strahler und Lämpchen in Serie mit
Rges = 1000 Ω
IS = IL = 200 mA
UL = 198 V (an)
US = 2 V (aus)
S214b Lämpchen kurzgeschlossen IL = 0 A UL = 0 V
(aus)
US = 200 V
IS = 20 A (an)
S214c Raumbeleuchtung durch Strahler; wenn Strahler
aus, dient Lämpchen zur Beleuchtung des Schalters, damit
er gefunden wird.
..
80
60
40
20
S216
U .....
.
V .....
0.1 A · R + 100 V
1.2 · R + 200 Ω
X
...
...
...
...
X
...
...
...
...
...
....
.....
......
.......
.........
..............
...........................
..............................................................
......................................
I=
R↗
kΩ
1
2
3
I
83.33 < 96.77 < mA
< 403.8 < 500
16.67 < 19.35 < VU < 80.77 < 100
S218a R34 = 100 Ω
R1−5 = 500 Ω
Iges = I1 = I2 = I5 = 0.6 A I3 = I4 = 0.3 A U5 = 120 V
U1 = U2 = U3 = U4 = 60 V
S218b R123 = 400 Ω
R456 = 600 Ω
R1−6 = 240 Ω
R1−8 = 340 Ω
Iges = I7 = I8 = 882.353 mA
I1 = I2 = I3 = 529.412 mA
I4 = I5 = I6 = 352.941 mA
U7 = U8 = 44.118 V U1 = U2 = 52.941 V U3 = 105.882 V
U4 = U5 = U6 = 70.588 V
S220a R34 = 400 Ω
R78 = 100 Ω
R3478 = 80 Ω
Rges = 280 Ω Iges = I1 = I2 = 1.0714 A I3 = I4 = 0.2143 A
I7 = I8 = 0.8571 A
U1 = U2 = 107.14 V
U3 = U4 = U7 = U8 = 42.857 V
S220b R17 = 150 Ω
R172 = 60 Ω
R17234 = 460 Ω
Iges = I3 = I4 = 652.2 mA
I2 = 391.3 mA
I1 = I7 = 260.9 mA
U3 = U4 = 130.4 V
U2 = 39.1 V
U1 = 26.1 V
U7 = 13.0 V
S220c R13 = R26 = 300 Ω
R134 = R265 = 120 Ω
Rges = 290 Ω
Iges = I7 = 1.0345 A
I1 = I3 = I2 = I6 = 413.8 mA
I4 = I5 = 620.7 mA
U7 = 51.72 V
U4 = U5 = 124.14 V
U1 = U2 = 41.38 V
U3 = U6 = 82.76 V
Lösungen
S222a R34 = R2−5 = R1−6
= 100 Ω
R2−4 = R1−5 = 200 Ω
Iges = 3 A
I1 = I6 = 1.5 A
I2 = I5 = 750 mA
I3 = I4 = 375 mA
U6 = 300 V
U5 = U1 = 150 V
U2 = U3 = U4 = 75 V
S222b R13 = R24 = 66 23 Ω R1−4 = 133 31 Ω Iges = 2.25 A
I1 = I2 = 1.5 A
I3 = I4 = 0.75 A
U1 = U2 = U3 = U4 = 150 V
S222c R24 = 300 Ω
R35 = 400 Ω
R2−6 = 92.3 Ω
Iges = 3.25 A I1 = 0 A I2 = I4 = 1 A I3 = I5 = 0.75 A
I6 = 1.5 A
U1 = 0 V
U2 = 100 V
U4 = 200 V
U3 = U5 = 150 V
U6 = 300 V
7
S224a 117 17 V S224b 233 11
V S226a 2.625 V
S226b 3 11
S226c 6.95 V S228a 2 19
12 V
21 A
S228b 1 A S228c 0 A S230a I1 → 0
S230b I1 steigt S230c I1 fällt
S232 (R1,2 parallel) in Serie mit R3
S234a I0 = I1 + I2 , I1 = I2
S234b I2 = 0 I0 = I1 , L0 dunkler, L1 heller als in a)
S234c I1 = I2 = 0, nur L0 sehr hell
S236 R2X ↑ R2X /R1 = U2X /U1 ↑ U2X ↑ U1 ↓ I1 ↓ I2 ↑
IX ↓
S238a 420 Ω S238b 26.582 Ω
S238c 800 Ω/50 = 16 Ω
S240a R12 = 48 Ω
Iges = 2 A = 1.2 A + 0.8 A
S240b U12 = 192 V
RX = 18 74 Ω
U12 = 96 V
UV = 60 V
Rges = 126 Ω
UV = 156 V
RXV = 15 Ω
S242a G1 und G2: gleich und jeweils halbe
Maximalspannung
G3: aus
S242b G2 und G3: gleich, weniger als G2 zuvor
G1:
mehr als zuvor, nicht maximal
S242c alle aus
S242d G1 aus, G2 und G3 maximal hell
S244 R13 = 400 Ω
R134 = 150 Ω
R1234 = 350 Ω
I1234 = 2 A = I2 U2 = 400 V U134 = 300 V = U4 = U13
I4 = 1.25 A
I13 = 0.75 A = I1 = I3
U1 = 75 V
U3 = 225 V
S246 par.: 3 min ser.: 12 min
S248 RP = 45 Ω
3
UP = 3 11
V
S250
L
O
M
U
R
45
15
15
20
40
36
20
30
200
400
Rges = 165 Ω
1250
750
500
100
100
S252
8
Iges = 72 11
mA
6
IM itte = 54 11
mA
10
40
15
35
15
100
400
30
28
20
S254a G1 und G2: gleich und jeweils halbe
Maximalspannung
S254b G1 und G3 aus, G2 maximal hell
S256 R12 = 75 Ω
R123 = 300 Ω
IA = 150 mA
S258 (Lämpchen ∥ Tür)-R
S260 (Lämpchen∥(Tür-R))-R
Anwendungen von Widerständen
100
100
500
1250
750
G3: aus
IC = 180 mA
Lösungen
Physik 9
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Spannungsteiler
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
W2a 1 kΩ W2b 3 kΩ, 9 V
W2c R2+L = 19.6 Ω U2 = 0.078 V
57
W182b 5 V:7 V W182c I ↑ UAM ↓
2
W184b R = 0.22 Ω ϱ = 0.55 Ω·mm
m
W2d R2 = 1 Ω R1 = 3 Ω R2+L = 0.952 Ω U2 = 2.89 V
W2e Iges = 3.036 A
PL = 418 mW = 1.15%Pges
W2f 3940.303 Ω
Pges = 36.4 W
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
W4 Spannungseinbruch bei Belastung,
Energieverschwendung
I
W6 257 < mA
W8 (120 + 180) Ω
< 377
W10a Rges = 10.099 Ω U = 0.392 V = 2% · Usoll
W10b Rges = 1.99 Ω
Pges = (3.96 + 396 + 404) W
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Innenwiderstände
Iges = 20.1 A
η = 0.5%
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
W60 Ri = 15 Ω W62a 2.4 A
W62b I = 0.8 A UK = 4 V
W62c 2.5 → 1200 5 → 800 7.5 → 600 10 Ω → 480 mA
12.5 → 400
15 → 343
17.5 → 300
20 → 267
W64 Rges = 96 Ω Ri = 6 Ω IK = 3 A
W66a 0.24 Ω W66b 5.357 A W66c 10.714 V
V
0.4 V
W68 I = 1.6
RI = 320
5 Ω = 320 mA
mA = 1.25 Ω
W70a 0 V W70b 0.4 Ω W72 R = Ri
W74a I = 1.7 A Ri = 2.94 Ω W74b IK = 30.6 A
W76a I = 333 mA UK = 21.667 V
W76b R12 = 29 Ω
I12 = 666 mA
UK = 19.335 V
I1 = 297 mA
W80a → 0 W80b → ∞
W82a 40 mA (400 mA 4 A 40 A)
W82b 39.841 mA (384.6 mA 2.857 A 8 A)
W84a U1 = 5 V U2 = 15 V
W84b U1 = 4.98 V U2 = 14.94 V
W84c U1 = 3.64 V U2 = 9.09 V W86a 4 Ω
W86b 3.5 Ω W86c 1.5 Ω W88a 3.2 V
W88b I = 21.3 mA U0 = 3.413 V W90 0.2 Ω
W92 162 kΩ W94 ∞ W96 A. wie V.
W98 98 Ω in Serie dazu
Ui +RV (Ui −U3−i )
W100a Ii = R3−i
R1 R2 +RV (R1 +R2 )
I2 = 5.67925 A
W100b I1 = 56.6 mA I2 = 5.66 A
I1 = 36.7925 mA
UV = 11.4321 V
UV = 11.434 V
W100c U1 = 11 37 V
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Elektrotechnik
Spezifischer Widerstand
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
W162a 3.4 mΩ
W164 A = 2.2 · 10−3 mm2 d = 53 um
W166 1.9 mΩ W168 38.48 cm W170 R2 = 9R1
W172 0.25 mm W174a 100 Ω
W174b n = 318 ∆R = 314 mΩ
W176b 2 · 0.567 Ω = 1.133 Ω W176c 26.45 Ω
W176d I = 8.338 A US = 220.55 V 4.11%
W176e PS = 1839 W PK = 78.8 W 8.05%
W178 RF e = 30.588 Ω RAl = 1.032 Ω R = 0.99865 Ω
ρ·32 m
W180a vorne W180b .017671
mm2 = 30.78 Ω
W182a R = ρ · 60.32 m/0.03142 mm2 = 96 Ω
Lorentzkraft
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
T2 ↓→0 0 ↓↓⊙↑ ←↑⊙→ T4 nach rechts
T6 ↓→0 + ↓↓⊙↑ + ↑⊗−
T8a (Ladung +,Bewegung ⊙) oder (−,⊗)
T8b niemals T8c (+,→) oder (−,←) T10a 90◦
T10b 30◦ und 150◦
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
T10c bei kleinen
Elektromotoren
T10d 90◦
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
T62 weich, reibfest, leitfähig
T64a weniger Kontakte nötig T64b zweimal
T64c wenn Last so gering, dass Drehzahl davon
unbeeinflusst
T66 in Ruhestellung Spulenachse parallel zu äußerem
Magnetfeld → Kommutator auf Isolation und auch bei
Stromfluss sowieso kein Drehmoment
Abhilfe:
sternförmige Anker mit ≥ 3 Spulen
T68 Umpolung: kehrt Drehrichtung um
Wechselspannung: nur Zittern“
”
T70 Elektromagnet als Stator, gleichphasig zu Rotor
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Induktion
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
T120 gleich: Leiterschaukel vorher: Strom→Bewegung
jetzt: umgekehrt
T122 jedenfalls im Uhrzeigersinn
T124 etwa sinusförmig T126 f und Û größer
T128 untere Lampe: leuchtet,
wenn Schalter zu
obere Lampe: leuchtet während Schaltvorgängen
T130 [Ströme] [Magnetfeldern] [Rechte-Faust]
[umgeben] [Bewegte] [geladene] [Teilchen]
[erfahren] [Magnetfelder] [Lorentzkräfte]
[3-Finger] [Änderungen] [Flusses] [Leiterschleife]
[induzieren] [Spannung]
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Lenz’sche Regel
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
T180 ein: Abstoßung
aus: Anziehung
zubzw. abnehmendes Magnetfeld induziert im Ring Strom
mit gegen- bzw. gleichsinnigem Magnetfeld
T182 vorher: v = const nachher: v ↘ 0 (exponenziell
für R = const
T184a nach rechts
T184b größeres v → größere Induktionsspannung
entgegen Batteriespannung → kleinere Stromstärke
T186 im Magnetfeld nach unten
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Wechselspannung
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
T240a f = 5 Hz T = 0.2 s T240b 28.284 V
T242 Û = 325 V T244a 20 Hz
T244b T /2 = 50 ms/2 = 25 ms T244c 1500
58
Physik 9
T246 10 ms T248 Ief f = 9.2 A
T250a harmonisch hin und her
Iˆ = 13 A
T250b schubweise in selber Richtung mit Stillstand
dazwischen
T252 links:
12 ms
83 13 Hz
6V
5 kHz
100 mV
Mitte oben:
200 us
Mitte unten:
300 us
3 13 kHz
200 mV
rechts oben:
25 ms
40 Hz
75 V
rechts unten:
8 ms
125 Hz
100 V
T254a X = 6 ms Y = −5 V
T254b X = 2.5 ms Y = −19.8 V
T254c X = 10 ms Y = −325.269 V
T254d X = 250 ms Y = −25 V
T254e X = 200 ms Y = −10 kV
T256a T = 12.5 ms T /4 = 3.125 ms
T256b 424.264 mA T256c 2.16 W
T256d 5.091 V
T258a T = 25 ms X = 6.25 ms Y = −90.510 mA
T258b T = 5 ms X = 1.25 ms Y = −0.5 A
T258c
T260
T262
T264
T266a
T266c
f = 25 Hz T = 40 ms X = 10 ms Y = −4.243 A
Ief f = 13.043 A Iˆ = 18.446 A
A
IˆA = 7.071 A IB,ef f = 4.950 A → ⃝
Û = 33.941 V Iˆ = 11.314 A P = 192 W
T = 20 ms T266b 28.284 mA
±0.8 V T266d 50 Hz
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Transformatoren
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
T320a 16 V T320b 400 mA T320c 26.67 mA
T320d 6.4 W T322a 115 mV/Wndg
T322b 28.75 V T322c 115 mV 57.5 V
T324 31.3 T326 192 (128)
T328 18.4 kV 2.875 V T330a 100 V
T330b 707 T332a 42 V · 420
280 = 63 V
280
T332b 6 V · 420 = 4 V T332c 12 V · 650
400 = 19.5 V
12
T332d 650 · 150
= 52 T332e 5 A · 200
80 = 12.5 A
T334 2 V/10W dg: 4, 8, 10, 12, 18, 22, 28, 40 V
T336a wandelt Spannungen
T336b Induktionsgesetz bei gleichem Fluss
T336c nach Lenz gerichtete Induktionsspannung bei
Stromänderung
T336d sekundärseitig offen bzw. verbunden
T336e zwischen U und n T336f P = 0, I ̸= 0
T338 US = 15 · 12 V = 180 V IS = 0.4 A IP = 6 A
T340 50 mA T342 9 A T344a 2750 V
T344b 4.4 V T344c 110 V
T346 230 : 12 = 19.167 : 1
T348 bei 230 V riesiges I → Sicherung raus, bevor
Nagel heiß
T350 mit nP = 600 und nS = 6 bzw. nS = 12000:
IS = 1600 A bzw. IS = 0.8 A
T352 Trafo mit Verhältnis > 100 : 16
T354 20.87 mA
T356 US = 200 V IS = 2 23 A IP = 6 23 A
T358a gar nicht T358b Richtung → 1
Lösungen
T360 260(: 13) T362 120 V
360
T364a 63 V · 420
= 54 V T364b 1.2 A · 700
250 = 3.36 A
( 50 )2
280
T364c 8 V · 20 = 50 V T366a 42 · 420 = 28
420
T366b 10 · 600
= 7 T366c 300 · 10
12 = 250
T368 [Änderungen] [Primär] [Eisenkern]
[induzieren] [Sekundär] [Spannung]
[Transformator] [Leerlauf] [Sekundär]
[geschlossenen] [Primär] [aufnimmt] [kleiner]
[Sekundär]
T370 US = 100 · 5 V = 500 V
IS = 25 A/100 = 0.25 A
R = 500 V/0.25 A = 2000 Ω
T372 Ui = i · 20 V T374 180
T376 nP = 500
∼∼∼∼∼∼
nS = 2500
Σ = 3000
Übertragung elektrischer Energie
T420a
T420d
T420f
T422a
T424a
T424b
∼∼∼∼∼∼
10 Ω T420b 200 A T420c 400 kW
89,7% T420e 2230 V
RF abrik = 1.15 Ω I = 20.63 A UF = 23.7 V
4 A T422b PL = 160 W 0.347%
P = 15 Ω · (720 mA)2 = 7.776 W
P = 15 Ω · (18 mA)2 = 4.86 mW
T426 Spannung zwischen Fernleitungsenden am
Kraftwerk ist nicht Spannung über Leitungswiderstand
allein, sondern zzgl. Spannung am Trafo des Verbrauchers
T428a geringere Schwankungen aller Art T428b ja
T428c erfordern Reservekapazitäten und Regulierung
T428d tageszeitlich bedingte Schwankungen in
Produktion und Verbrauch gleichen sich aus
T432 um Leitungsverluste zu verringern
T436a PT urm = 8 kW
P
< PGenerator − PT =
√ Leitung
1 kW
ILeitung = PL /RL = 2.887 A = 0.144 · IT
UT,prim. = UT,sek. · 6.944 = 2771.281 V
UL = IL · RL = 346.44 V
UG,sek. = 3117.7 V
T436b PL = 163.3 W IL = 1.1664 A = IT /17.15 18 : 1
P
W
T438a ISäge = U
= 3450
230 V = 15 A
400
1
IPrimär = IS · 12000
= 15 A · 30
= 0.5 A
2
PVerlust = RI = 1.5 W
T438b P = RI 2 = 1350 W
T438c UP = 6900 V ULeitung = 3 V Ugesamt = 6903 V
T440 [Parallelschaltung] [Kraftwerken]
[europaweite] [Verbrauchern] [Spannung]
[Verbraucher] [verringert] [Widerstand] [höherer]
[Strom] [Lenz’schen] [Rotation] [Generatoren]
[Kraftwerken] [hemmt] [Energie] [Verbraucher]
[Bewegungsenergie] [Turbinen] [Drehzahl] [sinkt]
[Abnahme] [Netzfrequenz] [Sollwert]
T996a 55 Ω und 66 Ω
T996b aus R + R2 = S und RR2 /(R + R2 ) = P
√
nur lösbar mit S − 4P ≥ 0
R = 21 · (S ± S(S − 4P ))
T998 80 mA ↓
Nutzung von Energie
Lösungen
Physik 9
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Brennwert
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
N2 m = 850 g W = 35.700 MJ N4 1500 kg
N6 WA = 107.1 GJ WB = 105.6 GJ
N8 1 g feuchtes H.= 0.8 g trockenes H.+0.2 g Wasser
W = 0.8 · 15 kJ − 0.2 · (4.2 · 80 + 2257) J = 11481 kJ
Verlust: 4.3%
N10
6
C-Cent/kWh:
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
N60 81.7%
Benzin: 20 Wasserstoff: 18 Erdgas:
Kohle: 4.2
Energiewandler
N62 W = 294 kJ
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
mH = 19.6 g
η→0
N64 Pzu = 526.3 MW W = 1.895 · 1012 J m = 63.158 t
N66 3456 t − 3360 t = 96 t
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Wärmekraft
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Wasserkraftwerke
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
N180a 107.91 J N180b 7.554 MJ
N180c 7.554 MW N180d 84.7%
N180e 201.830 TJ = 56.064 GWh N182a 69350 l
N182b 84 m3
N184 89.075%
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Energiequellen
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Entwertung
N300 Pel = 600 W
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
PErd = 900 W
Wahrscheinlichkeit
(6)
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
N360a 26 = 64 N360b 3 = 20
N360c 20/64 = 31.25% N360d 1/64 = 1.5625%
N362 (4 + 6)/16 = 62.5%
N364 21 Möglichkeiten:
500 410 401 311 320 302 230
221 212 203 140 131 122 113 104 050 041 032 023 014 005
N366 5.5 4 3.25 2.8 2.5 2.286 2.125 2 1.9 1.818 1.75
1.692
1.643
1.6
N368a 210 · 6 = 1260 N368b 5 : 1
N370a −125970 /1.75 N370b +35 ·2
N370c ·1.143, +1469650
N372 A (gäbe B En. ab) 70/126 · 167960/92378 > 1
N374 2 8 6 −3 2.161 0.693 0
N376a 1 bit N376b ≈ 26 bit N376c ≈ 4 bit
N376d ≈ 6 bit
N378a ∆SEisen = −1 J/1000K
∆S = +2.333 mJ/K
N378b → 0 N380 2. und 4.
∆SLuf t = +1 J/300K
59
[Strom] [Heißleiter] [erhitzt] [steigt]
E4 höhere Temperatur → NTC leitet besser → mehr
Strom → mehr Spannung über R
E6 blaues
E8 Anzahl und Beweglichkeit von Ladungsträgern
E10 Valenz-Elektronen: im obersten vollen Band
Leitungs-Elektronen darüber
E12a nimmt ab, mehr thermische Zusammenstöße bei
etwa gleichbleibender Anzahl Leitungselektronen
E12b nimmt zu, mehr Elektronen ins Leitungsband
übergetreten
E14 bei Überlappung mit Leitungsband
E16a Löcher im Valenzband wandern
E16b Einbringen von Fremdatomen mit weniger
Valenzelektronen in einen Halbleiterkristall
E18 frei
Fall eines Elektrons vom Leitungs- ins
Valenzband
E20 1.5 mA
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
E80 durch ⊗ immer ↓
Dioden
E106c z.B. Serie aus 2 Rot-LEDs parallel zur
Test-Diode
E108 Serie R-(Diode-Diode)
Motor parallel zu
(Diode-Diode)
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Halbleiter
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
E2 [Serien] [23] [1 Lämpchen durchbrennt]
[parallel] [kalt] [großen] [geringer] [023]
[230]
....
....
...U
......D
.........
E106a Serienschaltung: 6 V-Batterie, Test-Diode,
Grün-LED R = 175 Ω
E106b grün
Transistoren
E160 185.2 uA . . . 296.3 uA
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
..............
....
.
.... UR
...........................................................................
E82 ....
...
...
E84a nein
E84b Begrenzung von I bei Durchschalten
E84c e− -Übertritte vom n- ins p-dotierte Gebiet
E84d Solarzellen E84e USchwellen = WRekomb /e
E86 wie Graetz, mit roter Diode & R in der Mitte
E88 R = 50 Ω E90b UR = 6.7 V R = 335 Ω
E90c UD = 9 V, UR = 0 V
E94a alles an, rechte ⊗ schwächer
E94b nur rechte ⊗ voll an
E94c beide ⊗ voll an, Diode aus
E96a UD = 2 V UR = 3 V I = 30 mA
E96b UD = 5 V UR = 0 V I = 0 mA
E96c U10 Ω = 1 V Iges = 100 mA I50 Ω = 40 mA
E98a 41 mA E98b 44 mA E100a 66 mA
E100b 38 mA 60 mA E102a 44 mA 22 mA
E102b 33 32 mA E104a 0 mA
E104b 41 mA 0 mA
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
Elektronik
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
E162 170
Digitalelektronik
E220a Dioden-Symbol
E222 Das hast Du gut gemacht!
E224a A ∨ A ∨ B ∨ B = A ∧ B
E224b A ∧ A ∧ B ∧ B = A ∨ B
∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
60
Physik 9
A
•
A XOR B
B
E226
E228 1010001 (81) 11011 (27) 1000010 (66)
√
E230 → B E236 220 = 1 048 576 E238a set D
E238b reset C E238c nichts
Zu diesen Lösungen:
Ich gehe davon aus, dass in diesen Lösungen Fehler
stecken, für die ich Sie schon einmal vorab um Verzeihung bitte. Falls Sie einen Fehler finden oder vermuten,
sagen Sie mir bitte Bescheid, z.B. per e-mail an
[email protected]
oder über den Verlag. Alle bereits gefundenen Fehler
werde ich auf meiner Homepage veröffentlichen. Aktuell
erreichen Sie diese Liste direkt über die Adresse
gelbini.de/errata.htm
oder zuverlässiger indirekt über
www.softfrutti.de → Links“
”
Lösungen