Übungsaufgaben zu Elektrotechnik 1:Energie, Ladung, Strom

Übungsaufgaben zu Elektrotechnik 1:Energie, Ladung, Strom, Stromdichte
1) Die Definition von Leistung P lautet: P = Arbeit / Zeit. Welche Einheit hat die Leistung im
elektrischen Einheiten-System und im mechanischen Einheiten-System mit SI-Basiseinheiten?
2) Ein Fahrzeug mit 1000kg Masse bewegt sich mit 72 km/h. Welche elektrische Energie in
Wattsekunden ist mindestens notwendig, um diese Bewegung zu erreichen?
Wie lange könnte man mit dieser Energie eine elektrische Herdplatte mit 1.5kW betreiben?
3) Die Sonne bestrahlt 1m² unsere Erde mit einer Leistung von 1,367 kW/m².
Wie viele Lichtquanten (Photonen=elektromagnetische Energiequanten) sind dies pro Sekunde?
Nehmen Sie für eine grobe Schätzung eine mittlere Wellenlänge von  =500nm und c0=3*108m/s
an! (c0 = *f)
4) Eine Elementarladung befindet sich in einem homogenen elektrischen Feld der Feldstärke
E=10kV/m. Welche Energie nimmt das Teilchen auf, wenn es sich längs einer Feldlinie 50 cm weit
bewegt.
5) Einem elektronischen Bauelement sind 0.05 Coulomb zugeflossen. Wie viele Elementarladungen
sind dies?
6) Ein PKW hat in 30 Minuten Fahrzeit seine Batterie von Q=33Ah auf 36Ah aufgeladen.
Wie groß war der mittlere Ladestrom?
7) Ein Gleichstrom hat einen dreieckförmigen Verlauf. Der Spitzenwert beträgt imax=5A, die
Periodendauer T=50ms. Welche Ladung wird dadurch transportiert?
(Hinweis: Integral = Fläche unter der Kurve i(t) = Q , Die Fläche kann auch ohne zu intregrieren
berechnet werden)
8) Für den Strom durch einen Cu-Draht mit dem Querschnitt von 1,5 mm2 wird eine Grenze von 16
Ampere gesetzt.
a)
Welchen Durchmesser hat der Draht?
b)
Welche Stromdichte tritt auf?
c)
Welcher Strom müsste für einen Querschnitt von 2,5mm2 bei gleicher maximaler
Stromdichte erlaubt sein?
9) Ein Draht (d = 2mm) hat eine zulässige Stromdichte von S = 1.8 A/mm2 . Welchen Strom kann der
Draht maximal führen?
10) In einer Leuchtstoffröhre mit 25mm Durchmesser fließt ein Ionenstrom von 100mA.
Welche Stromdichte liegt dort vor, wenn der Strom über den ganzen Querschnitt gleichmäßig
verteilt ist?
Übungsaufgaben zu Elektrotechnik 1:Energie, Ladung, Strom, Stromdichte
1)
2)
[P]= 1Ws/s=1W= 1VA
[P]= 1Nm/s=1kg.m² /s³
1
2
v  72
M  1000kg
Kinetische Energie des Fahrzeugs:
km
h
Ekin  M v
2
b)
Herdplatte typisch P  1.5kW, Leistung P = Arbeit W / Zeit t
s
Ekin  0.2 10 J
t 
W  Ekin
W
P
t  133.333s
________
P  1367W
Strahlungsleistung der Sonne pro m²:
9
  500 10
 34
8m
co  3 10
m
h  6.6 10
s
n 
Anzahl n der Photonen in 1s auf 1m² :
________
4)
m
6
a)
3)
v  20
bzw.:
W s
t  1s
2
E  P t
f 
P t
co

21
n  3.452  10
h f
Verschiebung einer Ladung qe im elektrischen Feld bringt / erfordert die Arbeit= Kraft x Weg
 19
qe  1.6 10
4V
A s
E  10
 15
x  0.5m
m
W  qe E x W  0.8 10
J
_________
0.05 A  s
n 
5)
17
n  3.121  10
 19
1.602 10
A s
__________
h  3600s
6)
Für die Übertragung der Ladungsmenge
___________
7)
2
T  5 10
Dreieck - förmiger Strom:
Q 
Q  3 A h
I 
fließen in 30 min
Q
1800s
 6 A
Imax  5A
s
1
I
T
2 max
Q  0.125C
___________
8) Kupferdraht
1 5mm²
a)
b)
c)
9)
Strom  16 A
2
Flaeche  1.5mm
2
S 
Stromdichte
2
S  1.8
A
2
m
3 A
Strom
S  1.067  10
Flaeche
d  2mm
3
D  1.382  10

==>
mm
2
cm
Strom  26.667A
Strom  S Flaeche
Flaeche  2.5mm
maximal zulässige Stromdichte:
1.5mm  4
D 
Durchmesser
2 
Imax  S d 
4
Imax  5.655 A
_____________
10)
Stromdichte :
Durchmesser  25mm
I  100mA
S 
0.1 A
2 
( 25mm) 
4
S  203.718
A
2
m