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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%)
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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).
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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
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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.
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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)
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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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