TKS-B Kontrollfragen 1

Kontrollfragen
Felder
1. Was sind Felder? Beschreiben Sie im Worten die Nahwirkungstheorie.
2. Welche Bedeutung haben Feldlinien.
3. Beschreiben Sie die Begriffe homogenes Feld, inhomogenes Feld, Quellenfeld, Wirbelfeld.
Geben Sie jeweils ein Beispiel für ein Quellenfeld und für ein Wirbelfeld an.
4. Geben Sie die Gleichung für den Betrag der anziehenden Kraft zwischen zwei Massen an
(Newtonsches Gravitationsgesetz).
Geben Sie damit die Gravitationsfeldstärke G an.
5. Ist bei der Verschiebung einer Probemasse zwischen zwei Punkten im Gravitationsfeld die
aufzuwendende Arbeit vom gewählten Weg abhängig?
Wie groß ist die aufzuwendende Arbeit bei Verschiebung auf einem geschlossenen Weg?
6. Was versteht man unter dem Gravitationspotential V?
7. Beschreibe den Begriff elektrische Ladung.
8. Was versteht man unter elektrischer Feldstärke?
9. Ist bei der Verschiebung einer Probeladung zwischen zwei Punkten im elektrischen Feld die
aufzuwendende Arbeit vom gewählten Weg abhängig?
Wie groß ist die verrichtete Arbeit bei Verschiebung auf einem geschlossenen Weg?
10. Was versteht man unter dem Begriff elektrostatisches Potential?
Was ist eine elektrische Spannung?
11. Wo liegt der Nullpunkt des elektrischen Potentials?
12. Beschreiben Sie die Einheit eV.
13. Beschreiben Sie die Eigenschaften von elektrischen Feldern in und um elektrische Leiter.
14. Beschreiben Sie den Begriff Influenz.
15. Demonstrationsversuch in der Vorlesung: Bringt man einen elektrostatisch geladenen Kunststoffstab
in die Nähe eines Elektroskopes (=elektrostatisches Voltmeter), zeigt dieses einen Ausschlag. Wenn
man den Stab entfernt, geht auch der Ausschlag wieder auf Null zurück.
Erklären Sie diesen Effekt.
16. Welche Bedeutung hat die elektrische Feldkonstante 0?
Gleichstrom
17. Was gibt das Ohmsche Gesetz an?
18. Geben Sie Definition und Einheit des elektrischen Widerstandes an.
Was ist der Leitwert G? Einheit?
19. Ist der elektrische Widerstand von Metallen und Halbleitern temperaturabhängig? Wie?
20. Skizzieren und beschreiben Sie ein einfaches Kennlinienfeld (Quellenkennlinie, Verbraucherkennlinie,
Innenwiderstand, Kurzschlussstrom, Leerlaufspannung, Arbeitspunkt).
21. Beschreibe die beiden Kirchhoffschen Sätze.
22. Ein Integrierter Schaltkreis nimmt einen mittleren Strom von 2A auf. Die kupferne Leiterbahn, die den
IC auf der Platine versorgt, hat eine Gesamtlänge von 59cm, eine Dicke von 0,2mm und eine mittlere
Breite von 1,5mm. Welche Spannung liegt am IC tatsächlich an, wenn die Platine mit einer Spannung
von 3,5V versorgt wird?
23. Welcher Strom fließt bei vollständigem Kurzschluss durch eine Knopfbatterie mit 1,5V
Quellenspannung und 0,8 Innenwiderstand?
24. Auf welchen Wert nimmt der Widerstand einer Leiterbahn (Dehnmessstreifen) mit 100 zu, wenn ihre
Länge gleichmäßig um 10% gestreckt wird? (Volumen konstant!)
25. An einer Batterie wird im unbelasteten Zustand eine Spannung von 3,9V und bei einem Laststrom von
0,5A 3,6V gemessen.
Bei welchem Strom fällt die Spannung auf 3V ab?
Welcher Strom fließt bei vollständigem Kurzschluss?
26. Durch die Kupferwicklung eines Relais fließt bei einer Spannung von 5V ein Strom von 5mA. Auf
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welchen Wert steigt bei gleichbleibender Spannung der Strom, wenn die Temperatur im Außeneinsatz
von 20°C auf -20°C absinkt?
(Temperaturbeiwert Kupfer: =0,0039K-1)
27. Wie groß sind die Ströme I1, I2, I3 und der Gesamtstrom, wenn an den Klemmen A und B eine
Spannung von 30V anliegt?
28. Drei Widerstände sind in Reihe geschaltet. Welche Spannung fällt an jedem der Widerstände ab,
wenn an allen dreien zusammen eine Spannung von 8V anliegt?
29. Alle gezeichneten Widerstände haben den Wert 1k. Berechne die Teilströme und den Gesamtstrom,
wenn an den Klemmen A und B eine Spannung von 10V anliegt.
30. Alle Einzelwiderstände betragen 3. Wie groß ist der Gesamtwiderstand zwischen den Punkten A
und B?
31. Wie groß ist der Gesamtwiderstand zwischen den Punkten A und B?
32. Wie groß muss R2 gewählt werden, wenn R1 1k ist und der Gesamtwiderstand 750 betragen soll?
33. Alle angegebenen Spannungsquellen haben die Quellenspannung U q=2V. Die Widerstände haben
den Wert R=1k bzw. 2R=2k. Welche Spannung liegt zwischen den Punkten A und B an?
34. Ein für U=9V bestimmtes Gerät mit dem Verbrauch P=40W soll über einen passenden
Vorschaltwiderstand an einer Spannung von 12V betrieben werden.
Welchen Wert muss der Vorschaltwiderstand haben?
Welche elektrische Leistung wird dabei vergeudet?
35. Welche Leistung setzt ein Verbraucher 230V/300W um, wenn die Netzspannung nur 210V beträgt?
(Annahme konstanter Widerstand.)
36. Die Leistung eines elektrischen Gerätes sinkt durch den Abfall der Versorgungsspannung um 10%.
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Um wie viel Prozent liegen Spannung und Strom unter ihrem Sollwert? (Annahme konstanter
Widerstand.)
37. Für eine Projektionslampe 60V/150W soll zum Anschluss an 125V ein Vorschaltwiderstand aus
0,4mm dickem Konstantandraht (=0,5mm2/m) gewickelt werden.
Wie viel Meter Draht sind erforderlich?
Welche Leistung verbraucht der Widerstand?
38. Für die Stromversorgung einer Sendeanlage werden täglich 16 Stunden lang insgesamt 1800m
Kupferleitung (=0,0178mm2/m) von 6mm2 Querschnitt von einem Strom I=20A durchflossen. Wie
groß wäre die jährliche Stromkostenersparnis, wenn die Zuleitung auf 16mm 2 Kupferleitungsdraht
verstärkt wird? (Kosten der elektrischen Energie: 2,– S/kWh)
39. Geben Sie ein geeignetes System linearer Gleichungen an (Kirchhoffsche Sätze), um für das
gegebene verzweigte Netzwerk alle Teilströme und Spannungen errechnen zu können.
(Notwendige und hinreichende Anzahl von Gleichungen angeben. Die Lösung derselben ist nicht erforderlich.)
40. Beschreiben Sie die Vorgangsweise bei der Berechnung verzweigter linearer Netzwerke mit dem
Überlagerungsverfahren (Superpositionsverfahren nach Helmholtz).
Gibt es für dieses Verfahren Einschränkungen der Anwendbarkeit?
Kapazität
41. Geben Sie die Definition und Einheit der Kapazität an.
42. Beschreiben Sie in Worten, warum sich die Kapazität von Kondensatoren durch Einbringen eines
Dielektrikums erhöht.
43. Beschreiben Sie zwei Effekte, die für die Polarisation von Dielektrika verantwortlich sind.
44. Geben Sie die Zusammenhänge zwischen folgenden Größen an:
elektrische Feldstärke
elektrische Verschiebungsdichte
Dielektrizitätszahl
Dielektrizitätskonstante
elektrische Polarisation
elektrische Suszeptibilität.
45. Welche physikalische Bedeutung hat die elektrische Verschiebungsdichte D?
46. Geben Sie die Kapazität des Plattenkondensators mit
a) Vakuum als Dielektrikum
b) einem polarisierbaren Dielektrikum
an.
47. Demonstrationsversuch in der Vorlesung: Auf einen Plattenkondensator mit Vakuum bzw. Luft als
Dielektrikum wird eine bestimmte Ladung aufgebracht. Nachdem der Kondensator von der
Spannungsquelle getrennt wurde, erhöht man den Plattenabstand.
Beschreiben und erklären Sie, wie/warum sich die Spannung am Kondensator ändert.
48. Demonstrationsversuch in der Vorlesung: Auf einen Plattenkondensator mit Vakuum bzw. Luft als
Dielektrikum wird eine bestimmte Ladung aufgebracht. Nachdem der Kondensator von der
Spannungsquelle getrennt wurde, wird eine Kunststoffplatte als Dielektrikum eingebracht.
Beschreiben und erklären Sie, wie/warum sich die Spannung am Kondensator ändert.
49. Ein Luftkondensator wird mit 80V geladen, von der Spannungsquelle abgetrennt und mit einem Öl mit
der Dielektrizitätszahl r=2,1 gefüllt. Wie ändern sich Ladung und Spannung?
50. Zwei Kondensatoren C1=2F und C2=1F sind in Reihe geschaltet. Berechne die Gesamtkapazität
der Schaltung.
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51. Zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren C1=0,2F und C2=1,0F sind zu einem dritten Kondensator
C3=0,5F parallel geschaltet. Berechne die Gesamtkapazität der Schaltung
52. Zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren von C1=1F und C2=4F werden an 20V Gleichspannung
angeschlossen und nach dem Aufladen von der Spannungsquelle getrennt.
a) Auf welche Spannungen werden die Kondensatoren geladen?
Welche gemeinsame Spannung stellt sich ein, wenn sie danach getrennt und
b) mit gleichen Vorzeichen und
c) mit entgegengesetzten Vorzeichen parallelgeschaltet werden?
53. Zwei parallelgeschaltete Kondensatoren, von denen der eine die Kapazität C 1=2,8F hat, liegen an
der Spannung 22,7V und enthalten die Ladung 75mAs.
Welche Kapazität C2 hat der andere Kondensator?
54. Entladen eines Kondensators über einen ohmschen Widerstand: geben Sie die Differentialgleichung
für die Stromtärke I(t) an.
Wie lautet ihre Lösung?
55. Entladen eines Kondensators über einen ohmschen Widerstand: geben Sie die Differentialgleichung
für die Kondensatorspannung U(t) an.
Wie lautet ihre Lösung?
56. Laden eines Kondensators über einen ohmschen Widerstand: geben Sie die Differentialgleichung für
die Stromtärke I(t) an.
Wie lautet ihre Lösung?
57. Laden eines Kondensators über einen ohmschen Widerstand: geben Sie die Differentialgleichung für
die Kondensatorspannung U(t) an.
Wie lautet ihre Lösung?
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