MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau Bitte so markieren: Bitte verwenden Sie einen Kugelschreiber oder nicht zu starken Filzstift. Dieser Fragebogen wird maschinell erfasst. Korrektur: Bitte beachten Sie im Interesse einer optimalen Datenerfassung die links gegebenen Hinweise beim Ausfüllen. 1. Bitte nutzen Sie einen dokumentenechten Stift mit blauer oder schwarzer Farbe! 2. Bitte kreuzen Sie rechts als Prüfungsteilnehmer-ID Ihre Matrikelnummer an und notieren Sie sich die Prüfungsbogennummer in Ihren eigenen Unterlagen (unter dieser Nummer veröffentlichen wir die Ergebnisse der Klausur)! 3. Bitte ergänzen Sie Name und Vorname! Name:___________________ Vorname:___________________ 4. Prüfungsteilnehmer-ID für den Prüfungsbogen Nr.: 0: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Bitte lesen und unterschreiben Sie folgende Erklärung! (a) Hiermit erkläre ich, dass alle obigen Angaben wahrheitsgemäß sind. (b) Ich nehme zur Kenntnis, dass die Teilnahme an der vorliegenden Prüfung im Falle ungeklärter Zulassungsvoraussetzungen nur unter Vorbehalt erfolgt. In diesem Falle wird die vorgenannte Prüfung bis zur Klärung über den Zulassungsstatus nicht bewertet. (c) Ich bin damit einverstanden, dass die Ergebnisse in der oben genannten Form veröffentlicht werden. 5. Hannover, den 21.12.2015 _________________________ Unterschrift Öffnen Sie die Heftklammer nach Möglichkeit nicht! 6. Die Bearbeitungszeit beträgt 90 min. 7. Als Hilfsmittel sind erlaubt: o Formelsammlung o Taschenrechner, auch programmierbar (in Werkszustand versetzen) o 5 unbeschriebene lose Blätter für eigene Notizen (weitere Blätter erhalten Sie bei Bedarf von der Aufsicht) 8. Wichtig: Bei jeder Aufgabe ist die Anzahl der korrekten Antworten aufgeführt. Wird eine größere Anzahl von Antworten ausgewählt, wird die Aufgabe mit 0 Punkten bewertet. Das Team des IfES wünscht Ihnen viel Erfolg! 1. Zur Verbesserung der Lehrqualität bitten wir Sie um eine freiwillige Angabe zur Anwesenheit in der Lehrveranstaltung. Die Beantwortung hat keinerlei Einfluss auf die Bewertung der Klausur. 1.1 Ich habe im Wintersemester 2015/16 an der Lehrveranstaltung teilgenommen (Vorlesung und Übung). Fast immer (81% - 100%) Häufig (61% - 80%) Gelegentlich (41% - 60%) Selten (21% - 40%) Fast nie (0% - 20%) 22.12.2015, Seite 1/16 F4679U0P1PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau Teil I Physikalische Größen, Einheiten und Gleichungen 2. Gegeben: P = 135,9 kW 2.1 Geben Sie [P] an! (1 richtige Antwort, 1 P) [P] = 135,9 3 [P] = 135,9·10 [P] = kW [P] = W 2.2 Geben Sie {P} an! (1 richtige Antwort, 1 P) {P} = 135,9 3 {P} = 135,9·10 {P} = kW {P} = W 3. Im internationalen Einheitensystem (SI) werden sämtliche Einheiten auf sieben Basiseinheiten zurückgeführt. Die folgende Aufstellung enthält drei dieser SI-Basiseinheiten. 3.1 Wählen Sie diese drei aus! (3 richtige Antworten, 3 P) kg (Kilogramm) g (Gramm) V (Volt) A (Ampere) J (Joule) Ω (Ohm) N (Newton) m (Meter) W (Watt) 4. Gegeben sind folgende fünf äquivalente Beziehungen zur Berechnung des elektrischen Widerstandes eines zylindrischen Leiters (D << L). 22.12.2015, Seite 2/16 F4679U0P2PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 4. Gegeben sind folgende fünf äquivalente Beziehungen zur Berechnung des elektrischen Widerstandes eines zylindrischen Leiters (D << L). [Fortsetzung] 4.1 Bei welcher der Beziehungen handelt es sich um eine zugeschnittene Größengleichung? (1 richtige Antwort, 1 P) Beziehung a) Beziehung b) Beziehung c) Beziehung d) Beziehung e) 4.2 Bei welcher der Beziehungen handelt es sich um eine Größengleichung? (1 richtige Antwort ,1 P) Beziehung a) Beziehung b) Beziehung c) Beziehung d) Beziehung e) 4.3 Werten Sie Beziehung a) mit folgenden gegebenen Größen aus: L = 10 m, D = 2,25 mm, ρ = 0,0176 μΩm! Geben Sie das Ergebnis in mΩ an! (1 richtige Antwort, 2 P) 0,0000000442647… mΩ 0,0000442647… mΩ 0,0442647… mΩ 44,2647… mΩ 44264,7… mΩ 44264722,9… mΩ 5. Durch ein Gleichstromkabel (Querschnitt A = 2500 mm², Länge L = 180 km) fließt ein elektrischer Strom mit der elektrischen Stromstärke I = 1500 A. Hierbei fällt entlang des Kabels eine Spannung von U = 3600 V ab. 5.1 Welche Ladungsmenge Q passiert das Kabel innerhalb einer Zeitspanne von 15 Minuten? (1 richtige Antwort, 1 P) 3 Q = 22,5 ·10 C 3 Q = 90 ·10 C 6 Q = 1,35 ·10 C 5.2 Berechnen Sie die Stromdichte S in dem Kabel! (1 richtige Antwort, 1 P) 2 S = 0,416 A/mm 2 S = 0,6 A/mm 2 S = 1,6 A/mm 5.3 Welchen elektrischen Widerstand R weist das Kabel auf? (1 richtige Antwort, 1 P) R = 2,4 Ω R = 2,7 Ω R = 3,1 Ω 5.4 Welche elektrische Leistung P wird in dem Kabel umgesetzt? (1 richtige Antwort, 1 P) P = 5,4 MW P = 32 MW P = 8100 MW 22.12.2015, Seite 3/16 F4679U0P3PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 5. Durch ein Gleichstromkabel (Querschnitt A = 2500 mm², Länge L = 180 km) fließt ein elektrischer Strom mit der elektrischen Stromstärke I = 1500 A. Hierbei fällt entlang des Kabels eine Spannung von U = 3600 V ab. [Fortsetzung] 5.5 Die folgende Auswahl enthält zwei Möglichkeiten zur Reduktion der im Kabel umgesetzten Leistung auf ein Viertel des ursprünglichen Wertes. Markieren Sie diese! (2 richtige Antworten, 2 P) Vierteln der Leiterquerschnitts A. Vierteln des elektrischen Stromes I. Halbieren des Leiterquerschnitts A. Halbieren des elektrischen Stromes I. Verdoppeln des Leiterquerschnitts A. Verdoppeln des elektrischen Stromes I. Vervierfachen des Leiterquerschnitts A. Vervierfachen des elektrischen Stromes I. 6. Zur Speisung eines LKW-Bordnetzes werden hilfsweise zwei PKW-Batterien in Reihe geschaltet (siehe Skizze). 6.1 Welche Aussage ist für die drei elektrischen Potentiale φ1, φ2, φ3 zutreffend? (1 richtige Antwort ,1 P) φ1 > φ2 > φ3 φ1 > φ3 > φ2 φ2 > φ3 > φ1 φ2 > φ1 > φ3 φ3 > φ1 > φ2 φ3 > φ2 > φ1 6.2 Ermitteln Sie die elektrischen Potentiale φ2, φ3 und die elektrische Spannung U21! Welche fünf Aussagen sind zutreffend? (5 richtige Antworten, 5 P) Die elektrische Spannung der Batterie B beträgt U32 = 24,2 V. Das elektrische Potential am Pluspol der Batterie B beträgt φ3 = 24,2 V. Das elektrische Potential am Pluspol der Batterie B beträgt φ3 = 11,9 V. Die elektrische Spannung der Batterie A beträgt U21 = 11,9 V. Die elektrische Spannung der Batterie A beträgt U21 = 12,3 V. Die elektrische Spannung U13 beträgt 24,2 V. Die elektrische Spannung U12 beträgt -11,9 V. Die elektrische Spannung U23 beträgt -11,9 V. Das elektrische Potential der Verbindungsleitung zwischen Batterie A und B beträgt φ2 = 12,3 V Das elektrische Potential der Verbindungsleitung zwischen Batterie A und B beträgt φ2 = 11,9 V Das elektrische Potential am Pluspol von Batterie A beträgt 11,9 V. Das elektrische Potential am Minuspol der Batterie A beträgt 12,3 V Das elektrische Potential am Pluspol der Batterie B beträgt 12,3 V. Das elektrische Potential am Minuspol der Batterie B beträgt 12,3 V. Das elektrische Potential am Minuspol der Batterie B beträgt 11,9 V. 22.12.2015, Seite 4/16 F4679U0P4PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 7. Welche Aussage trifft zu? (1 richtige Antwort,1 P) 7.1 Der Ladungstransport in metallischen Leitern basiert auf … der Bewegung von freien Elektronen … der Bewegung von Defektelektronen … der Bewegung von Ionen 8. Gegeben sind folgende Kennlinien von verschiedenen Zweipolen. 8.1 Bei welcher der Kurven handelt es sich um die Kennlinie eines Ohmschen Widerstandes? (1 richtige Antwort, 1 P) Kurve a) Kurve b) Kurve c) Kurve d) Kurve e) 8.2 Bei welcher der Kurven handelt es sich um die Kennlinie einer linearen Quelle? (1 richtige Antwort, 1 P) Kurve a) Kurve b) Kurve c) Kurve d) Kurve e) 22.12.2015, Seite 5/16 F4679U0P5PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau Teil II Elektrisches Potentialfeld 9. Elektrische Erscheinungen gehen zurück auf die Existenz von elektrischen Ladungen. 9.1 Welche drei Aussagen treffen für elektrisch geladene Körper zu? (3 richtige Antworten, 3 P) Elektrisch geladene Körper … … üben Kraftwirkungen auf andere geladene Körper aus, aber nur wenn die Ladungen der betreffenden Körper unterschiedliche Vorzeichen besitzen. … üben Kraftwirkungen auf andere geladene Körper aus, aber nur wenn die Ladungen der betreffenden Körper das gleiche Vorzeichen besitzen. … erfahren Kraftwirkungen im elektrischen Feld. … erfahren Kraftwirkungen im elektrischen Feld, jedoch nur wenn für deren Geschwindigkeit gilt v > e/E (e ... Elementarladung, E ... elektrische Feldstärke) … üben Kraftwirkungen auf andere geladene Körper aus. … erfahren in Abhängigkeit ihrer Ladung Kraftwirkungen in einem Gravitationsfeld. … erfahren Kraftwirkungen in einem Gravitationsfeld, jedoch nur wenn die Wirkrichtungen des Gravitationsfeldes und des von den Ladungen ausgehenden elektrischen Feldes übereinstimmen. … erfahren Kraftwirkungen im magnetischen Feld, wenn sie sich bewegen. … erfahren Kraftwirkungen in einem elektrischen Feld, jedoch nur bei gleichzeitiger Anwesenheit eines magnetischen Feldes. 10. Gegeben sind folgende Feldlinienbilder geladener Kugeln. 10.1 Welche Aussage trifft in Abb. a) für die Ladungen Q1 (links) und Q2 (rechts) zu? (1 richtige Antwort, 1 P) |Q1| = |Q2|, Q1 > 0, Q2 > 0 |Q1| = |Q2|, Q1 > 0, Q2 < 0 |Q1| = |Q2|, Q1 < 0, Q2 < 0 |Q1| = |Q2|, Q1 < 0, Q2 > 0 |Q1| > |Q2|, Q1 > 0, Q2 > 0 |Q1| > |Q2|, Q1 > 0, Q2 < 0 |Q1| > |Q2|, Q1 < 0, Q2 > 0 |Q1| > |Q2|, Q1 < 0, Q2 < 0 22.12.2015, Seite 6/16 F4679U0P6PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 10. Gegeben sind folgende Feldlinienbilder geladener Kugeln. [Fortsetzung] 10.2 Welche Aussage trifft in Abb. b) für die Ladungen Q1 (links) und Q2 (rechts) zu? (1 richtige Antwort, 1 P) |Q1| = |Q2|, Q1 > 0, Q2 > 0 |Q1| = |Q2|, Q1 > 0, Q2 < 0 |Q1| = |Q2|, Q1 < 0, Q2 < 0 |Q1| = |Q2|, Q1 < 0, Q2 > 0 |Q1| > |Q2|, Q1 > 0, Q2 > 0 |Q1| > |Q2|, Q1 > 0, Q2 < 0 |Q1| > |Q2|, Q1 < 0, Q2 > 0 |Q1| > |Q2|, Q1 < 0, Q2 < 0 10.3 Es gelte |Q1| < |Q2|, Q1 > 0, Q2 > 0. Zeichen Sie den qualitativen Verlauf der Feldlinien des E-Feldes und stellen Sie den qualitativen Verlauf der Äquipotentiallinien dar! (3 P) 11. Betrachtet wird ein Ablenkkondensator innerhalb einer Braunschen Röhre. In der Röhre werden Elektronen in einer Kathoden-Anoden-Anordnung (Skizze: Pos. 1 und 2) beschleunigt und anschließend durch zwei Plattenkondensatoren (Skizze: Pos. 3 und 4) vertikal und horizontal abgelenkt, bevor sie auf einen Schirm treffen und dort aufleuchten (Skizze: Pos. 5). Der zu betrachtende Ablenkkondensator (Skizze: Pos. 3) hat eine quadratische Grundfläche mit einer Kantenlänge von 6 cm und einem Plattenabstand von 4 mm. Im Inneren der Röhre herrscht in guter Näherung Vakuum. 11.1 Berechnen Sie die Kapazität dieses Kondensators! (1 richtige Antwort, 2 P) C = 0,7965 pF C = 1 pF C = 1,3275 pF C = 2,12 pF C = 7,965 pF C = 132,75 pF C = 796,5 pF 22.12.2015, Seite 7/16 F4679U0P7PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 11. Betrachtet wird ein Ablenkkondensator innerhalb einer Braunschen Röhre. In der Röhre werden Elektronen in einer Kathoden-Anoden-Anordnung (Skizze: Pos. 1 und 2) beschleunigt und anschließend durch zwei Plattenkondensatoren (Skizze: Pos. 3 und 4) vertikal und horizontal abgelenkt, bevor sie auf einen Schirm treffen und dort aufleuchten (Skizze: Pos. 5). [Fortsetzung] Die Feldstärke zwischen den beiden Kondensatorplatten soll für alle weiteren Betrachtungen E=2500 V/m betragen. 11.2 Welche Kraft wirkt auf ein Elektron betragsmäßig? (1 richtige Antwort, 2 P) -16 F ≈ 1 ·10 N -16 F ≈ 2 ·10 N -16 F ≈ 3 ·10 N -16 F ≈ 4 ·10 N -16 F ≈ 5 ·10 N -7 F ≈ 1 ·10 N -7 F ≈ 2 ·10 N -7 F ≈ 3 ·10 N -7 F ≈ 4 ·10 N -7 F ≈ 5 ·10 N 11.3 Berechnen Sie die Spannung, die an den Kondensator angelegt werden müsste, um dieses elektrische Feld (E = 2500 V/m) zu erzeugen! (1 richtige Antwort, 1 P) 1V 5V 10 V 50 V 1 kV 2,5 kV 11.4 Nehmen Sie an, dass für die Kapazität C=100 pF gilt. Welche Ladungsmenge fließt auf die Kondensatorplatten beim Anlegen einer Spannung von U=2 V? (1 richtige Antwort, 1 P) 0,1 nC 0,2 nC 0,3 nC 0,5 nC 1 nC 11.5 Die Spannung wird so angelegt, dass die obere Platte ein höheres Potential als die untere Platte aufweist. In welche Richtung werden die Elektronen abgelenkt? (1 richtige Antwort, 1 P) Nach oben Nach unten Vom Betrachter weg Auf den Betrachter zu 22.12.2015, Seite 8/16 F4679U0P8PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 12. Gegeben sind folgende Verschaltungen von Kondensatoren (C1=25 nF, C2=50 nF). 12.1 Wie groß ist die Gesamtkapazität der Schaltung a)? (1 richtige Antwort, 1 P) C ≈ 0,067 nF C ≈ 0,33 nF C ≈ 0,67 nF C ≈ 16,7 nF C ≈ 25 nF C ≈ 75 nF 12.2 Wie groß ist die Gesamtkapazität der Schaltung b)? (1 richtige Antwort, 1 P) C ≈ 10 nF C ≈ 16,37 nF C ≈ 18,75 nF C ≈ 25 nF C ≈ 37,5 nF C ≈ 41,7 nF C ≈ 75 nF C ≈ 100 nF 12.3 An Schaltung a) wird eine Spannung von U = 9 V angelegt. Welche Spannung stellt sich über Kondensator C2 ein? (1 richtige Antwort, 1 P) 1V 3V 4,5 V 9V 12 V 27 V 12.4 An Schaltung b) wird eine Spannung von U = 9 V angelegt. Welche Spannung stellt sich über Kondensator C2 ein? (1 richtige Antwort, 1 P) 1V 3V 4,5 V 9V 12 V 27 V 22.12.2015, Seite 9/16 F4679U0P9PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 13. In einem elektrischen Feld tritt entsprechend der Skizzen eine Grenzfläche zwischen zwei Dielektrika auf. Welche Aussagen treffen für die folgenden Anordnungen zu? 13.1 In Anordnung i) gilt… (1 richtige Antwort, 2 P) Medium 1 ist das dielektrisch dichtere Medium. Medium 2 ist das dielektrisch dichtere Medium. Die Medien haben die gleiche dielektrische Dichte. Eine Aussage ist mit diesen Informationen nicht möglich. 13.2 In Anordnung ii) gilt… (1 richtige Antwort, 2 P) Die Feldlinien des E-Feldes werden zum Lot hin gebrochen und die Feldliniendichte nimmt zu. Die Feldlinien des E-Feldes werden zum Lot hin gebrochen und die Feldliniendichte nimmt ab. Die Feldlinien des E-Feldes werden vom Lot weg gebrochen und die Feldliniendichte nimmt zu. Die Feldlinien des E-Feldes werden vom Lot weg gebrochen und die Feldliniendichte nimmt ab. Die Richtung der Feldlinien des E-Feldes wird nicht beeinflusst und die Feldliniendichte nimmt zu. Die Richtung der Feldlinien des E-Feldes wird nicht beeinflusst und die Fedliniendichte nimmt ab. 13.3 In Anordnung ii) gilt… (1 richtige Antwort, 2 P) Die Feldlinien des D-Feldes werden zum Lot hin gebrochen und die Feldliniendichte nimmt zu. Die Feldlinien des D-Feldes werden zum Lot hin gebrochen und die Feldliniendichte nimmt ab. Die Feldlinien des D-Feldes werden vom Lot weg gebrochen und die Feldliniendichte nimmt zu. Die Feldlinien des D-Feldes werden vom Lot weg gebrochen und die Feldliniendichte nimmt ab. Die Richtung der Feldlinien des D-Feldes wird nicht beeinflusst und die Feldliniendichte nimmt zu. Die Richtung der Feldlinien des D-Feldes wird nicht beeinflusst und die Fedliniendichte nimmt ab. 14. Betrachtet wird ein elektrischer Leiter der skizzierten Form, an dem über zwei Elektroden eine Spannung angelegt wird. Die Elektroden sind als ideale Leiter anzunehmen. 14.1 An welcher der markierten Stellen im Leiter tritt die höchste Stromdichte auf? (1 richtige Antwort, 1 P) Stelle A) Stelle B) Stelle C) Stelle D) Stelle E Stelle A) und E) Die Stromdichte ist überall gleich. 22.12.2015, Seite 10/16 F4679U0P10PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 14. Betrachtet wird ein elektrischer Leiter der skizzierten Form, an dem über zwei Elektroden eine Spannung angelegt wird. Die Elektroden sind als ideale Leiter anzunehmen. [Fortsetzung] 14.2 Wie verhalten sich die Feldlinien der Stromdichte zu den Feldlinien der elektrischen Feldstärke? (1 richtige Antwort, 1 P) Gleiche Richtung; die Dichte skaliert mit der spez. Leitfähigkeit Gleiche Richtung; die Dichte skaliert mit der Permittivität Entgegengesetzte Richtung; die Dichte skaliert mit der spez. Leitfähigkeit Entgegengesetzte Richtung; die Dichte skaliert mit der Permittivität Stehen senkrecht aufeinander 15. Betrachtet wird eine Glühlampe mit einem Glühfaden aus Wolfram. Dieser hat bei Raumtemperatur (25°C) einen Widerstand von R = 40 Ω. Der lineare Temperaturkoeffizient von Wolfram bei 25°C beträgt −3 −1 α25=4,5 ·10 K . Die Lampe wird an eine Spannungsquelle mit einer Spannung U = 200 V angeschlossen. Es stellt sich folgender zeitlicher Verlauf des fließenden Stroms ein (siehe Abbildung). 15.1 Warum verändert sich die elektrische Stromstärke im zeitlichen Verlauf? (1 richtige Antwort, 1 P) Weil der Widerstand wegen der Temperaturerhöhung zunimmt. Weil der Widerstand wegen der Temperaturerhöhung abnimmt. Weil der Widerstand wegen der Temperaturabnahme zunimmt. Weil der Widerstand wegen der Temperaturabnahme abnimmt. Es muss sich um einen Messfehler handeln. 15.2 Nach einer gewissen Zeit stellt sich der Strom Is=0,5 A ein (siehe Abbildung). Berechnen Sie die Temperatur Ts des Glühfadens zu diesem Zeitpunkt! (1 richtige Antwort, 2 P) Gehen Sie hierzu von einer linearen Temperaturabhängigkeit aus. Ferner können Sie annehmen, dass der Widerstand der Glühlampe durch den elektrischen Widerstand des Glühfadens dominiert wird und sonstige Leitungswiderstände vernachlässigt werden können. Ts=27°C Ts=45°C Ts=125°C Ts=358°C Ts=2025°C Ts=20025°C Ts=80025°C 22.12.2015, Seite 11/16 F4679U0P11PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau Teil III Magnetisches Feld 16. Gegeben ist das verallgemeinerte Durchflutungsgesetz (1. Maxwellsche Gleichung). 16.1 Welche Aussage macht diese Beziehung zu den Ursachen von magnetischen Feldern? (2 P) 17. Welche der folgenden Aussagen ist korrekt? 17.1 Elektrisch geladene Körper erfahren im magnetischen Feld eine Kraftwirkung… (1 richtige Antwort, 1 P) ...nur wenn sie positiv geladen sind. ...nur wenn sie negativ geladen sind. ...nur wenn sie sich bewegen, aber nicht entlang der Feldlinien des magnetischen Feldes. ...nur wenn sie sich entlang der Feldlinien des magnetischen Feldes bewegen. 18. Betrachtet werden folgende Aufbauten einer Ionen-Quelle und eines magnetischen Feldes. Die Ionen5 mit einer positiven Ladung von 5|e| verlassen die Quelle mit einer Geschwindigkeit von v = 2 ·10 m/s. Das Magnetfeld hat eine magnetische Flussdichte von B = 200 mT. 18.1 In welche Richtung wirkt die Lorentzkraft auf die Ionen in Konfiguration a)? (1 richtige Antwort, 1 P) In die Papierebene hinein Aus der Papierebene heraus In der Papierebene nach oben In der Papierebene nach oben-links in der Papierebene nach oben-rechts In der Papierebene nach unten In der Papierebene nach unten-links In der Papierebene nach unten-links In der Papierebene nach unten-rechts 22.12.2015, Seite 12/16 F4679U0P12PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 18. Betrachtet werden folgende Aufbauten einer Ionen-Quelle und eines magnetischen Feldes. [Fortsetzung] 18.2 In welche Richtung wirkt die Lorentzkraft auf die Ionen in Konfiguration b) abgelenkt? (1 richtige Antwort, 1 P) In die Papierebene hinein Aus der Papierebene heraus In der Papierebene nach oben In der Papierebene nach oben-links in der Papierebene nach oben-rechts In der Papierebene nach unten In der Papierebene nach unten-links In der Papierebene nach unten-links In der Papierebene nach unten-rechts 18.3 Wie groß ist betragsmäßig die Kraft, die in Konfiguration b) auf die Ionen wirkt? (1 richtige Antwort, 2 P) 0N -15 2,16 ·10 N -15 2,3 ·10 N -14 1,096 ·10 N -14 2,16 ·10 N -14 2,3 ·10 N -14 3,011 ·10 N -14 3,204 ·10 N 19. Welche der folgenden Aussagen ist korrekt? 19.1 Typische Dauermagneten... (2 richtige Antworten; 2 P) ...bestehen aus ferromagnetischem Material. ...bestehen aus diamagnetischem Material. ...bestehen aus paramagnetischem Material. ...besitzen eine hohe Koerzitivfeldstärke. ...besitzen eine niedrige Koerzitivfeldstärke. ...besitzen eine hohe Remanenzflussdichte. ...besitzen eine niedrige Remanenzflussdichte. 20. Auf einen Ring aus Kunststoff (relative Permeabilität μr=1) mit einem mittleren Ringdurchmesser dm=15 cm ist eine Spule aufgewickelt. Sie besteht aus 500 Windungen. Es wird angenommen, dass im Inneren der Spule ein homogenes Magnetfeld erzeugt wird. Der ohmsche Widerstand der gesamten Wicklung beträgt 20 Ω. 20.1 Im Inneren der Spule soll eine magnetische Flussdichte von 20 mT erzeugt werden. Welche Durchflutung ist dafür notwendig? (1 richtige Antwort, 2 P) Hinweis: Das Linienintegral entlang eines Kreises entspricht dem Kreisumfang (π d; mit d…Durchmesser) 7,5 A 15 A 30 A 7500 A 10000 A 15915 A 30000 A 22.12.2015, Seite 13/16 F4679U0P13PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 20. Auf einen Ring aus Kunststoff (relative Permeabilität μr=1) mit einem mittleren Ringdurchmesser dm=15 cm ist eine Spule aufgewickelt. Sie besteht aus 500 Windungen. Es wird angenommen, dass im Inneren der Spule ein homogenes Magnetfeld erzeugt wird. Der ohmsche Widerstand der gesamten Wicklung beträgt 20 Ω. [Fortsetzung] 20.2 Es soll eine Durchflutung von 1000 A erzeugt werden. Welche Spannung muss hierfür angelegt werden? (1 richtige Antwort, 1 P) 2V 4V 20 V 40 V 20 kV 40 kV 20.3 Bei der beschriebenen Spule soll die magnetische Flussdichte verdoppelt werden. Geben Sie zwei Maßnahmen an, durch die dies bewerkstelligt wird. Die anderen Größen sollen dabei jeweils konstant bleiben. (2 richtige Antwort, 2 P) Verwendung eines anderen Materials für den Kern mit μr=2·π. Verwendung eines anderen Materials für den Kern mit μr=2. Vierteln des Durchmessers der Spule. Verdoppeln des Durchmessers der Spule. Halbieren der Stromstärke. Verdoppeln der Stromstärke. Vervierfachen der Windungszahl. Verwendung von Wicklungsdraht mit einem doppelt so großen spezifischen Widerstand. 20.4 Mit einem Draht der gleichen Querschnittsfläche und dem gleichen Werkstoff wird nun die Windungszahl verdoppelt. Es wird weiterhin die gleiche Spannung angelegt. Wie verändert sich die magnetische Flussdichte? (1 richtige Antwort, 1 P) Sie halbiert sich. Sie bleibt gleich. Sie verdoppelt sich. Sie erhöht sich um den Faktor π. 21. Gegeben sind folgende 5 Anordnungen eines stromdurchflossenen Leiters und einer Leiterschleife. 21.1 Durch die Pfeile werden Bewegungen der Leiterschleife bzw. des Leiters angedeutet. In welchen Fällen wird keine Spannung induziert (2 richtige Antworten, 2 P) A) B) C) D) E) 22.12.2015, Seite 14/16 F4679U0P14PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 21. Gegeben sind folgende 5 Anordnungen eines stromdurchflossenen Leiters und einer Leiterschleife. [Fortsetzung] 21.2 Warum wird in diesen Fällen keine Spannung induziert? (2 P) 22. Für verschiedene Experimente wird eine Spule und ein konstantes magnetisches Feld betrachtet. 22.1 Die Spule befindet sich in dem Feld (Skizze (i)) und wird in drei Experimenten gleichförmig nach unten heraus gezogen. Im ersten Experiment ist die Spule nach 2 Sekunden nicht mehr im Magnetfeld, im zweiten nach 4 Sekunden und im dritten nach 10 Sekunden. In welchem der Fälle wird die höchste Spannung zwischen den Klemmen 1 und 2 registriert? (1 richtige Antwort, 1 P) Experiment 1 Experiment 2 Experiment 3 In allen Fällen wird die gleiche Spannung induziert. 22.2 Die Spule wird gleichförmig von unten durch das Magnetfeld hindurchbewegt (Skizze (ii)). Was wird an den Klemmen für eine Spannung registriert? (1 richtige Antwort, 2 P) Die Spannung nimmt zunächst zu, bleibt während der Bewegung im Magnetfeld konstant und nimmt dann wieder ab. Die Spannung ist zunächst konstant, bei der Bewegung im Magnetfeld null und dann wieder konstant. Die Spannung nimmt zunächst zu, ist bei der Bewegung im Magnetfeld null und hat anschließend wieder einen konstanten Wert. 23. Betrachtet wird eine lange dünne Zylinderspule mit 100 Windungen des Windungsdurchmesser d=4 cm und mit einer Länge von l=20 cm. Die Spule ist mit Luft gefüllt. 23.1 Bestimmen Sie die Selbstinduktivität dieser Spule! (1 richtige Antwort, 1 P) 0,7896 μH 25,13 μH 78,96 μH 1,974 mH 22.12.2015, Seite 15/16 F4679U0P15PL0V0 MUSTER MUSTER EvaExam Prüfungsbogen: 0 Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I für Maschinenbau 23. Betrachtet wird eine lange dünne Zylinderspule mit 100 Windungen des Windungsdurchmesser d=4 cm und mit einer Länge von l=20 cm. Die Spule ist mit Luft gefüllt. [Fortsetzung] 23.2 Gehen Sie davon aus, dass die Selbstinduktivität der Spule L= 100 μH betrage. Welche Spannung muss zwischen den Klemmen angelegt werden, um den Spulenstrom innerhalb von 100 ms um 0,5 A zu ändern? (1 richtige Antwort, 2 P) 0,5 mV 0,8 V 2V 24. Betrachtet werden soll die Läuferwicklung einer Synchronmaschine in Außenpolanordnung mit a=20 cm, b=6 cm und N=150 (Siehe Skizze). Durch die Rotation der Wicklung ändert sich der die Spule durchsetzende magnetische Fluss periodisch gemäß der Funktion Φ(t)=|B|·a·b·cos(2π·n·t). 24.1 Welche maximale Spannung wird in der Läuferwicklung induziert, wenn die magnetische Flussdichte -1 |B|=0,5 T und die Drehzahl n=50 s betragen? (1 richitge Antwort, 2 P) 0,9 V 75 V 125,2 V 282,7 V 24.2 Benennen Sie zwei Möglichkeiten, um die induzierte Spannung zu steigern! (2 P) Hinweis für die Klausur: - Die vorliegende Probeklausur umfasst den Stoff, der bis zum 20.12.2015 in der Vorlesung und Übung behandelt wurde. In der Klausur im März werden natürlich auch die Themen, die im Januar behandelt werden, abgefragt. - Die hier abgefragten Aufgabentypen stellen nur eine Auswahl der möglichen Klausuraufgaben dar. Nutzen Sie zur Vorbereitung auf die Prüfung auch die Übungsaufgaben und Beispiele aus der Vorlesung. 22.12.2015, Seite 16/16 F4679U0P16PL0V0 MUSTER