Institut für Grundlagen u.

Institut für Grundlagen u.
Theorie d. Elektrotechnik
Grundlagen der Elektratechnik 1
1. Klausur
17. N o v e m b e r 1 9 9 2
0
A
Berechnen Sie die Komponente
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1:
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.~. .
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4
i$rc,G+@
des Kraftvektors
727Ie
in Richtung -7.
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e
. f2n
’
Berechnen Sie den Ersatzwiderstand RAB der angegebenen Widerstandskombination.
Grundlagen der Elektrotqhnik 1
Elektronen (m=9,11.10-31 treten durch eine
ebene Metalloberfläche mi Vernachlässigbar
kleiner Geschwindigkeit aus und werden dann
in einem elektrischen Feld konstanter Stärke
zbeschleunigt. Im Abstand x =31nm solien die
Elektronen die Geschwindigkeft 713.10 m/s 2'
besitz.en: BerechnenSie den dazu
erforderlichen Wert E.--
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V
*
Berechnen Sie den Ersatzwiderstand RAB der angegebenen Widerstandskombination.
berechnen Sie für die
angegebene Schaltung das
Stromverhältnis I,/I
2 *_.
04
532
fon
3R
. - .
s Eine elektrolytisc he Zelle zur Gewinnung von Reinstkupfer
3
Ltet mit einem elektrischen Strom der Stärke 8kA. Wie groß
.I'? arbej'
’
“1
0
6
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lim uuyGpb~~~~~~~~e
a~~ss-~;-d---nuprermasse
w---I------- 3e
*
ist t-,
Ionenladungl2e)
In einem Wasserkraftwerk, das mit einem Wirkungsgrad 1
(=&geführte Leistung/abgeführte Leistung) von ca. 70% arbeitet,
sollen 1OOOMW an elektrischer Leistung erzeugt werden. Wie groß
ist der erforderliche Wasserdurchsatz, wenn eine Fallhöhe von
40m zur Verfügung steht?
43
-
.:.j:,
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:.
Einem Warmwasserspeicher von
501 Inhalt wird elektrische
Leistung mit dem angegebenen
Zeitverlauf zugeführt. Die
Ausgangstemperatur beträgt
-t
20°C. Berechnen Sie die
n;l&
Endtemperatur,
wenn der
4
Wirkungsgrad 90% beträgt.
(Spezifische Wärmekapazität von Wasser: c=4,19kJ&cgKI).
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Impuls,
Energiestromdichte, 4
Q
elektr. Flächenladungsdichte
V
A
als Potenzprodukte der Basisdimensionen L,T, u, 1
Berechnen Sie die Normalpro jektion FS der Kraft
F'=
(4N)Zx f (SN)Zy
auf die iiichtung des Verschiebungsvektors
rote
MqpPP
a %i~y
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b.
5
ti4xuAi-t
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0
4O'Eroänzen Sie folaentios LU richf--aen Aussam
.
thermodynamischen Temperatur äe T=i-eL~,xjctes vca Wassa:.
VS/
6.
Die physikalische Dimension der
7.
Das Mol ist die Sf-Einheit äez GröSe .
8.
Das SZ-Vorsatzzeichen G (üiga) beäeutet den Zahletiaktor <
v/
&4+.&W
3.
Die zweite Kirchhoff-Regel lautet in tJoztez:
* _
70:
Uuter einem
ver/steht man &Y++
08
Geben Sie die kohärenten SI-Einheiten für die Größen
\
elektr.Widerstand,
spezif. Wärmekapazität,
Stoffmengenstrom
als Potenzprodukte der SI-Basiseinheiten in abg ekürzter
ClAC -;iws‘
Schreibweise an.
6.
B_eyechnen Sie die:Anzahl der H20-Moleküle in lcm' Wasser unter
Nornqlbedingqngen,:
.:
(MH”lg/mol#. M()=ppl)
,
P
Zraänzen
Sie foloende .qusseaen
Atomkerne besitzen einen Durchmesser von et-.Ja +YW/,.
Eine Kilowattstunde sind‘3d61 !o.6. . Joule.
f/
23
Ein Mol Aluminium enthält &@[email protected](Zahlenwert)
Alumimiumatome.
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; Die..elektrische Ladung eines Protons beträgt
‘. ’
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Das Kelvin ist erklärtals der ??,?C ,-te Teil der
, .
7.
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Das SI;Vorsatzzeic en G (Giga) bedeutet den
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AO.
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der elektrischen
in Worten...
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Unter einem i(noten einer Schaltung versteht man . . . . .
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-bh.
*+ &bt-r,S-e(LL& acahw
0
Ergänzen Sie folgende Aussagen
10
1.
Atomkerne
2.
Die Teilchendichte i Elektronengas von Kupfer beträgt
etwa
. . . . . . /cm 5 .
3.
Ein Mol Aluminium
Alumimiumatome.
4.
Die
5.
Das Kelvin ist erklärt als der .233,4 -te Teil der
thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von reinem
Wasser
6
Die physikalische Dimension der Frequenz ist .
7.
Das SI-Vorsatzzeichen G (Giga) bedeutet den
Zahlenfaktor.
!j . . . . .
8.
Der allgemeine Satz von der Erhaltung der elektrischen
Ladung (betreffend ihre Änderungsrate) lautet
. . . . . .
in
Worten
besitzen
elektrische
einen
Durchmesser
von
et:qa . /t.“
>
.
6'022enthält
.r. ~'0'~
....
(Zahlenwert)
Ladung
eines
Protons
/q 6 -,4*~H43
. .I . . . . As.
beträgt
Grundlagen der Elektrotechnik 1
1. Klausur
17. N o v e m b e r 1 9 9 2
32
B
Berechnen Sie für die
skizzierte Schaltung die von
der idealen ~trornqdk
abgegebene Momentanleistung.
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Die Skizze zeigt den
stündlichen Verlauf des
Wasserdurchsatzes
eines
geregelten, elektrischen
Durchlauferhitzers, der
Wasser von 10°C auf 90°C'
erwärmt. Berechnen Sie den
zeitlichen Mittelwert der
aufgenommenen elektrischen
Leistung, wenn der
Wirksungsgrad mit 95%
anzunehmen ist. (Spezifische
Wärmekapazität von Wasser:
1).
Eine monofrequente Schallquelle sendet je MiUisekunde 32 Halbwellen von je 3,7cm Länge aus. Berechnen Sie die Kreisfrequenz
und die Ausbreitungsgeschwindigkeit. '
Grundlagen der Elektrutechnik 1
1. Klausur
1 7 . November 1992
A
Berechnen Sie die
elektrische Spannung
die der
VW,
angegebenen Kurve z im
Coulomb-Feld der
Punktladung zugeordnet
ist. (In einem zentralen
Kraftfeld
%(K/r2)& wird bei
Verschiebung entlang.
eines radialen Strahles
von G nach c die
Arbeit A= K*(i/r;-qc)
verrichtet).
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6.
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kohärenten SI-Einheiten für die Größen
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. Ladungsdichte,
;Wärmestromdichte
(
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tenzprodukte der Einheiten Meter, Sekunde, Volt, Ampere
in abgekürzter Schreibwe'se an.
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Aus einer Periodentafel entnehmen Sie für Silicium die
"Massenzahl" 28 und die Massendichte 2,33g/cm3 für 20°C.
BerechnenSie daraus die Masse eines Silicfumatoms. .~~~-_
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Ein freies Ion der Masse m=l.Q6:iO'15kq.und .der*elektrischen
Ladung Q=.2e ist ein9.m konstanten. elek&schen Feld der Stärke
Eausgesetzt. Berechnen Sie seiden 'Ortsvektor rzum Zeitpunkt
t=lps, wenn sich das Ion bei t=o mit der Geschwindigkeit ?=Öim
Urs$rung des kartesischen Koordinatensystems befindet.
zen Sie folgende Aussagen:
Die Teilchendichte von Gasen beträgt unter Normalbedingungen
-9 ie;t&L
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ca. .^s
-49
40
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2.
J
Die elektrische Ladung eines Gitterions in Kupfer beträgt im
:
3.
Die Driftgeschwindigkeit des Elektronengases in Kupfer besitzt
bei normaler Stromleitung Werte von etwa
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Ein Mol
Die Celsius-Temperaturskala hängt mit der thermodynamischen
Temperaturskala gemäß .42. .T-. 21315
. . ..!......... zusammen
bJ=r-Z+1,4~
6.
Die physikalische Dimension der Kraft ist, in Basisdimensionen
Der besondere Name für die SI-Einheit des elektrischen
Leitwertes-i*+&!%?*_
Das SI-Vorsatzzeichen p (Piko) bedeutet den Zahlenfaktor d?.t'
40’
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9.
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10.
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Grundlagen der Elektrotechnik 1
1. Klausur
17. November 1992
P
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1
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Berechnen Sie den Ersatzwiderstand RAB der-angeg eb&en Widerstandskombina tion.
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Berechnen Sie für die
skizzierte Schaltung die von
der idealen Spannungsquelle
abgegebene Momentanleistung.
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G?ben Sie die kohärenten SI -zinheit-n
für dFe Größen
Kraft,
elektr. Ladungsdichte,
Wärmestromdichte
als Potenzprodukte äer Einheiten Meter Sekunde, Volt, Ampere
und Kelvin in abgekürzter Schreibwelse'an.
Aus einer Periodentafel entnehmen Sie für Silicium ciie
"Massenzahl" 28 und die Massendichte 2,33g/cm3 für 2O'C.
daraus die Masse eines Siliciumatoms.
Berechnen
Sie
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G
9
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.
3in freies Ion der Masss m=1,06.10-25kg und der elektrischen
Ladung Q=2e ist einem konstanten elektrischen Feld der Stärke
ausgesetzt. Berechnen Sie seinen Ortsvektor ? zum Zeitpunkt
:=q,ls, wenn sich das Ion bei t=o mit der Geschwindigkeit ?=Ö im
Ursprung des karresiszhen Koordinatensystems befindet.
0,i
3kQ
. . ;,
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Serichnen Sie für die
skizzier-e Schaltung die von
der idealen Spannungsquelle
abgegebene Yomentanleistung.
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März 1994
Blatt a
Institut für Grundlagen und Theorie der Elektrotechnik
Grundlagen der Elektrotechnik 1
Wiederholung der 1. Klausur
Mnr
Familienname
Vorname
1
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A
Grundlagen der Elektrotechnik 1
Wiederholung der 1. Klausur
Dezechnen Sre die Kompone2ce
r=F,e7.+f,s
<es Kraftvektors
-7
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30G- 45 ’ 00
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22s
Xasserdurchsa iZ3S ILXGS
geregelten, ele.?zr:sehen
3urehläuferhi~zezs +s___
xässar von 1ooc äui 30°C
erwärmE. 3erechnen S:e den
ze itlichen Mitrclwerz der
aufgenommenen elekxrschen
Leistung, wenn der
Wir!<gungsgrad mit 95%
anzunehmen ise. (Spezrfische
X$rxekapazität von 'Wasser:
c=4,19kJ/&gK) ).
Sine "Onofrequente schal_Iqelle sendet je Millisekunde 32 Halbwellen von je 3 7ca& Länge aus.
3ezec.inen
Sie die Xreisfrecuenz
und die -~usb=ei;Ungsgeschvintigkei~
_
.
-- ---
Serechnen Sie die
elektrische Spannung
die der
u(r),
angegebenen Kurve Z iz~
Coulomb-Feld der
Punktladung zugeordne:
1st. (In einem zentralen
Kraftfeld
F=(K/r2)& wird bei
Verschiebung entlans
eines radialen Strahles
von G nach 7; die
Arbeit A= i(l(+/1; - f/,y,!
verrichtet).
Srsanzen 21, folsencie
--.
0
Aussaqen
1 .
Die Teilchendichte von Gasen beträgt unter Normalbeäingungen
/rd=" /cm-'.
etwa
2.
Die Driftgeschwindigkeit des Elektronengases in Kupfer
besitzt bei normaler Stromleitung Werte von etwa .-e,<~ .
”
3.
Ein Mol Eisen enthält $'~(?-d ./lL;' _
4.
Die elektrische Ladung eines Elektrons beträgt 1 ! ‘.= . As.
5.
Die Celsius-Temperaturskala hängt mit der thermodynamischen
Temperaturskala
gemäß
.u_ { -..~;s 4.5~ . . . . . . . . . . . .
^v--,
zusammen.
6.
Die physikalische Dimension der Kreisfrequenz ist .@*. &$
7.
Das SI-Vorsatzzeiche
n$ f (Femto) bedeutet den
Zahlenfaktor
. eo.-. . . . . . . .
8.
Die
erste
Rirchhoff-Regel
. (Zahlenwert) Eisenatome.
lautet
in
Worten
..__.___.
Ideale Spannungsquellen sind gekennzeichnet durch :-'. :: : 2 .
. .
:
10.
Die SI-Einheit der Lichtstärke ist .
qLNb&\ ‘
(
. . . .
.
.
_
.
.
.
NaCl (p=2,16g/cpn3, MNa=23g/mol, MC1 =35g/mol)
kristallisiert
in
U einem einfachen kubischen Gitter mit abwechselnd Natrium- und
Chlorionen in den Gitterpunkten. Berechnen Sie den Abstand eines
Natriumions vom nächstgelegenenchlorion.
Die elektrische Komponente einer elektromagnetischen Sinuswellle
der Frequenz 100MHz und der Amplitude 5V/m breitet sich im
leeren Raum aus. Geben Sie die Komponente explizit in der Form
an.
0
i*/ y
Berech&n Sie die Normalprojektion FS der Kraft
&{
4N) e3, + (5N)Zy
auf die;Richtung des Verschiebungsvektors
,, Drücken Sie die Dimensionen der Größen
Impuls,
Energiestromdichte,
elektr. Flächenladungsdichte
als Potenzprodukte der Basisdimensionen
aus.
L-L
U,I
._
A
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.:.
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j
t-
. i
u
2 Ein Teilchen bewegt sich bezüglich eines kartesischen
Koordinatensystems mit der konstanten Geschwindigkeit
=-?
~=(8,73m/s)~y+(2,31m/s)?z
und befindet sich zum Zeitpunkt t, =0 am Ort mit den Koordinaten
(qa Yl, 2,)=(4,23m,Om, 3,74m). Berechnen Sie die Koordinaten
des Ortes, an dem sich das Teilchen zum Zeitpunkt t2=0,!s
befindet.
n ‘J,at
i,
Co
40
‘0
-
Ergänzen Sie folgende Aussauen
1.
Die Teilchendichte von Gasen beträgt unter Normalbedingungen
_.
etwa
40'" /cm-'.
2.
Die Driftgeschwindigkeit des Elektronensases in Kupfer
besitzt bei normaler Stromleitung Werte-von etwa
3.
Ein Mol Eisen enthält 5(u‘?..? . . (Zahlenwert) Eisenatome.
4.
Die elektrische Ladung eines Elektrons beträgt-/C.
’
* 5.
c,
*
:I I,, In
i , . -As.
hängt mit der thermodynamischen
Die Celsius-Temperaturskala
.._
. _
Temperaturskala
gernaB .flw{-.~~~y. . . . . . . . . _ . .
zusammen.
6.
Die physikalische Dimension der Kreisfrequenz ist .@".
7.
Das SI-Vorsatzzeichep f (Femto) bedeutet den
Zahlenfaktor
. AO.-< . . . . . . .
8.
Die erste
IX.,,
-0 ,9.
Kirchhoff-Regel
lautet
Ideale Spannungsquellen sind
in
Die
SI-Einheit
der
.........
gekennzeichnet durch ;y:x- “-_‘---L;. +*’:’ ,e.; 1 ,:.’(.,_-;
10.
Worten
‘?_ ‘.,.’ .
_I;
.
,,
cu_Ldtl4 ‘-(
Lichtstärke
ist
..-. . . . . . . . . . .
,
lAl
Grundlagen der Elektrotechnik 1
Wiederholung der 1. Klausur
Berechnen Sie die Komponente
des Kraftvektors
in Richtung
0
,
”
‘1
4s
’
30 45 00 min
-t
<;r
“.*
lIs
1
.-
,’
Die Skizze zeigt den
stündlichen Verlauf des
Wasserdurchsatzes eines
geregelten, elektrischen
Durchlauferhitzers, der
'Wasser von 10°C auf 90°C
erwärmt. Berechnen Sie den
zeitlichen Mittelwert der
aurgenommenen elektrischen
Leistung, wenn der
Wirkxungsgrad mit 95%
anzunehmen ist. (Spezifische
wärmekapazität von Wasser:
c=4,19kJ/(kgK)).
quente Schallquelle sendet je Millisekunde 32 Halbwellen von je 3,7cm Länge aus.
aerechnen Sie die Kreisfrequenz
und äie Ausbreitungsgeschwindigkeit.
-,
04-
Berechnen Sie die
elektrische Spannung
die der
U(U,
angegebenen Kurve z im
Coulomb-Feld der
Punktladung zugeordnet
ist. (In einem zentralen
Kraftfeld
F= (K/r2}$ji wird bei
Verschiebung entlang
eines radialen Strahles
von G nach G die
Arbeit A= Ka(?)/~;-f,/c]
verrichtet).
Berechnen Sie äen Ersatzwiderstand RAR der angegebenen Widerstandskombination.
_-
0
7 Geben Sie die kohärenten SI-Sinheiten für die Größen
Kraft,
elektr. Ladungsdichte,
Wärmestromdichte
als Potenzprodukte der Einheiten Meter Sekunde, Volt, Ampere
und Kelvin in abgekürzter Schreibweise'an.
0
,
/---
. ._ ,* .,
‘
-
09
I..,. ,.
& AUS einer Periodentafel entnehmen Sie für Silicium die
"Massenzahl" 28 und die Massendichte 2,33g/cm3 für 20°C.
Berechnen Sie daraus die Masse eines Siliciumatoms.
__. _‘__ i* i+*“,;* ~sri<“, ” ,. ,.*,“l-*x. *l
-_ ._~ ...,
.I
* , _,* I.C.L ,. =.--liw.
Bin freies Ion der Masse m=1,06.10-2s kg und der elektrischen
Ladung Q=2e ist einem konstanten elektrischen Feld der Stärke
ausgesetzt. Berechnen Sie seinen Ortsvektor ?zum Zeitpunkt
C=lp, wenn sich das Ion bei t=o mit der GeschwindigkeitT=Öim
Ursprung des kartesischen Koordinatensystems befindet.
. ~,
Berechnen Sie für die
skizzierte Schaltung die von
der idealen Spannungsquelle
abgegebene Momentanleistung.
Institut für Grundlagen und Theorie der Elektrotechnik
Grundlagen der Elektrotechnik 1
Wiederholung der 1. Klausur
Familienname
Mnr:
Vorname:
I
I
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
i
I
0
‘PA
5w
Einem Warmwasserspeicher von
501 Inhalt wird elektrische
Leistung mit dem angegebenen
Zeitverlauf zugeführt. Die
Ausgangstemperatur beträgt
o-t
20°C. Berechnen Sie die
0
bouniw
3omin
Endtemperatur, wenn der
Wirkungsgrad 90% beträgt.
(Spezifische Wärmekapazität von Wasser: c=4,19kJ/lkgK)).
p
4
s
m
? ..
6
\
4OflC
Y
Berechnen Sie die elektrische
die der
Spannung U(c),
angegebenen, geknickten Kurve
'Cim Coulomb-Feld der
Punktladung zugeordnet ist.
Sn einem zentralen Kraftfeld
F=(K/rz)& wird bei
Verschiebung entlang eines
radialen Strahles von
c nach fL die Arbeit
A= ce(d/u, -+!y&) verrichtet).
abgegebene Momentanleistung.
0
Berechnen Sie den Ersatzwiderstand RAB der angegebenen Widerstandskombination.
2d
I
I
---+<
3
Elektronen (m=9,11.10-31 treten durch eine
ebene Metalloberfläche mi9 Vernachlässigbar
kleiner Geschwindigkeit aus und werden dann
in einem elektrischen Feld konstanter Stärke
Tbeschleunigt. Im Abstand x =3mm so1 en die
Elektronen die Geschwindigke?t?=3.10 & m/s d'
besitzen. Berechnen Sie den dazu
erforderlichen Wert 3.
Familienname:
und berechnen Sie dabei
den Wert R.
02
0
3
u( .4OQO-
330
.s
Aa_30~
Ein Teilchen befindet sich zum Zey$&nkt t,=0,95
Koordinaten (x,, yl, z,)=(O,SOm -0,24m 0,Olm) und zum
Zeitpunkt t2= 1,OS am Ort mit den Koordinaten
(x 1 Y2‘ z )=(0,50m -0 26m -0 02mj. Berechnen Sie den Betraq
se?ner mit z leren Ge/schhind;gkeit.
Berechnen Sie aus dem Tabellenwert M=55,8g/mol für Eisen die
Masse eines Eisenatoms.
0
Für den Bau eines kleinen Wass rkraftwerks steht ein Bach mit
zur Verfügung. Wie groß ist
4 einem Wasserdurchsatz von 0,.5m 3 /$
die herzustellende Fallhöhe, wenn 10kW an elektrischer Leistung
erzeugt werden sollen und der Gesamtwirkungsgrad l(=ccbgeführte
Leistung/pugeführte Leistung) ca,60% beträgt?
0
5
06
Welche Zeit wird mindestens benötigt, um durch Elektrolyse von
Tonerde (A1203) bei der elektrischen Stromstärke 40kA eine Tonne
Aluminium zu gewinnen? (Abscheiden von Al-Ionen, M=27g/mol,
Ionenladung=3e).
Berechnen Sie für die
angegebene Schaltung das
Spannungsverhältnis U1/U2
Pots
Mappe
Qriginal
07
Berechnen Sie den Ersatzwiderstand RAB der angegebenen
Widerstandskombination.
Wie groß ist der Betraq der Kraft, den ein mit 100 Elementarladungen elektrisch geladenes Flüssigkeitströpfchen in einem
elektrischen Feld der Stärke ~=(80V/m)?x-(130V/m)?z erfährt?
09
Geben Sie die kohärenten SI-Einheiten für die Größen
h
Nrvl
j
-Iz SS ‘z- -3 * =
Energiestrom *VA
Kraft
%
VAX
Fl-y
Raumladungsdichte
als Potenzprodukte der Einheiten Meter,
Sekunde, Volt und Ampere
in abgekürzter Schreibweise an.
0
10 Ersänzen Sie folsende Aussaqen
1.
Atomkerne besitzen einen Durchmesser von etwa
2.
Die Teilchendichte i Elektronengas von Kupfer beträgt
etwa
. . . . . . /cm Y .
3.
6‘&724&
Ein Mol Aluminium enthält
.T. /Oe3
....
(Zahlenwert)
Alumimiumatome.
4.
Die elektrische Ladung eines Protons beträgt
5.
Das Kelvin ist erklärt als der .z?3r& -te Teil der
thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von reinem
Wasser
6
Die physikalische Dimension der Frequenz ist
7.
Das SI-Vorsatzzeichen G (Giga) bedeutet den
Zahlenfaktor.
3. . . . .
8.
Der allgemeine Satz von der Erhaltung der elektrischen'
Ladung (betreffend ihre Änderungsrate) lautet
in
Worten
. . . , . .
.
.
.
.
...
9.
10.
.
Die Spannungsteilerregel lautet in Worten . . . . .
.
.
As.
.
/
0
0
NaCl (Q=2,16$'.&3, MNa=23g/mol, MCt =35g/mol) kristallisiert in
einem einfachen kubischen Gitter mit abwechselnd Natrium- und
Chlorionen in den Gitterpunkten. Berechnen Sie den Abstand eines
Natriumions vom nächstgelegenenchlorion.
_
Die elektrische Komponente einer elektromagnetischen Sinuswellle
der Frequenz 100MHz und der Amplitude 5V/m breitet sich im
leeren Raum aus. Geben Sie die Komponente explizit in der Form
.
I~__~_
0 IIrecg Sie die Normalprojektion FS der Kraft
auf die I Richtung des Verschiebungsvektors
Drücken Sie die Dimensionen der Größen
Impuls,
Energiestromdichte,
elektr. Flächenladungsdichte
als Potenzprodukte der Basisdimensionen LJ-, 11,l
aus.