Technologische Grundlagen PRÜFUNG TG310

BERUFSFACHSCHULE ELEKTROINSTALLATEUR/IN
Name:
Technologische
Grundlagen
PRÜFUNG
TG310
_________________________
Klasse:
___________
Datum:
___________
Punkte:
___________
Note:
___________
Klassenschnitt/
Maximalnote :
______/_______
Lösungsvorschlag
Ausgabe:
26. November 2010
Selbsteinschätzung:
_________
(freiwillig)
Für alle Berechnungsaufgaben sind die Formelgleichungen, Wertegleichungen und die
entsprechenden Einheiten aufzuschreiben.
Ist eine Skizze vorhanden sind nur die fehlenden Angaben in dieser zu ergänzen.
Resultate sind doppelt zu unterstreichen.
Für die Bearbeitung steht eine Zeit von 45
Minuten zur Verfügung. Für 40 Punkte erhalten Sie die Note 6.
Für fehlende Angaben werden entsprechende
Abzuge gemacht.
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Licht bedeutet nicht gleich Durchblick!
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TG310
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Lösungsvorschlag
Pos
1
Frage
Punkte
Wie lautet die Definition des Stromes?
2
wandernde
Elektronen
Wie lautet die Formel und
die Einheit der elektrischen Ladung?
+
-
-
+
Schnittebene
+
Q = I ⋅t
+
Atomreste
(Jonen)
-
-
-
[ As ]
+
+
-
Cu-Leiter
Definition:
Wird eine Ladung von 1C in einer Sekunde durch ein
Flächenelement bewegt, fliesst ein Strom von 1A.
2
Bestimmen Sie nach den Angaben im untenstehenden Schema den Strom im
Feld 4! Die formalistische Darstellung ist ein Bestandteil der Lösung und Puktezuteilung.
2
I 3 = 200 A
I1 = 500 A
I4 = ?
I 5 = 500 A
I 2 = 700 A
I 6 = 250 A
Gegeben:
Skizze in der Aufgabenstellung!
Bild 1.7.3
Gesucht:
Strom I 4 =?
Lösung:
I 4 = ( I1 + I 2 ) − ( I 3 + I 5 + I 6 ) =
I 4 = (500 A + 700 A) − (200 A + 500 A + 250 A) =
I 4 = 250 A (1)
ww.ibn.ch
(2)
(1)
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Lösungsvorschlag
Pos
3
Frage
Punkte
Ein Fussgänger legt eine Strecke von 16km von A nach B in 3 Stunden und 30
Minuten zurück.
a) (2) Wie gross ist seine Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h?
b) (2) Zeichnen Sie das Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm der berechneten Situation.
4
Lösung:
a)
v=
s 16 km
km
=
= 4,57
t
h
3,5 h
b)
S
[km]
V
[km/h]
20
20
16
16
12
12
s
v =
t
8
4
4
0
1
2
Weg-Zeit-Diagramm
ww.ibn.ch
s = v⋅t
8
3
t
t
[h]
[h]
0
1
2
3
Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Lösungsvorschlag
Pos
4
Frage
Punkte
Der gezeigten Cu-Leiter ( ρ = 0,0175 Ωmm 2 / m ) besteht aus 19 Einzeldrähten, welche je einem Durchmesser von 1,83 mm aufweisen.
a)
b)
c)
3
Wie gross ist der Querschnitt
AE eines Einzeldrahtes?
Wie gross ist der Querschnitt
AL eines Leiters?
Wie gross ist der Widerstand
RL eines Leiters mit einer Länge von 1 km?
Lösung:
a)
AE =
d 2 ⋅ π (1,83 mm) 2 ⋅ π
=
= 2,63 mm 2
4
4
b)
AL = 19 ⋅ AE = 19 ⋅ 2,63 mm 2 = 49,97 mm 2
c)
RL =
5
ρ ⋅l
AL
Ωmm 2
⋅1000 m
m
= 0,3502 Ω
49,97 mm 2
0,0175
=
Drei Widerstände von R1 = 421 Ω , R2 = 320 Ω und R X sind nebeneinander geschaltet. Der Gesamtwiderstand der Schaltung beträgt 62 Ω . Wieviel Ohm be-
4
sitzt der Widerstand R X ?
Lösung:
R1
1
1
1
1
= +
+
RT R1 R2 RX
R2
daraus folgt
Bild 1.3.9
RX
RX =
ww.ibn.ch
1
1
1
1
=
− −
RX RT R1 R2
1
1
=
= 94,08 Ω
1
1
1
1
1
1
− −
−
−
RT R1 R2
62 Ω 421 Ω 320 Ω
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6
Frage
Punkte
Es sind zu bestimmen:
4
I
a) der Innenwiderstand der Batterie.
b) der maximale Kurzschlussstrom
der Batterie.
U0
U 0 = 4 ,5V
U Kl = 4 ,0V
RV
Ri
+
Q0
UKl
UV
bei I = 2 A
Bild 1.17.9
Lösung:
7
a) Ri =
U 0 − U Kl
4 ,5V − 4 ,0V
=
= 0,25 Ω
I
2A
b) I K =
U0
4 ,5V
=
= 18 A
Ri
0 ,25 Ω
Vier Widerstände von 20, 30, 40 und 50Ω sind, wie skizziert geschaltet. Berechnen Sie für die gegebene Schaltung den Gesamtwiderstand!
R1
4
R3
R2
Bild 1.3.8
R1 = 20 Ω
R2 = 40 Ω
R3 = 30 Ω
R4 = 50 Ω
R4
Lösung:
R12 =
R1 ⋅ R2
20 Ω ⋅ 40 Ω
=
= 13,33 Ω
R1 + R2 20 Ω + 40 Ω
RT =
( R12 + R3 ) ⋅ R4 (13,33 Ω + 30 Ω) ⋅ 50 Ω
=
= 23,21 Ω
R12 + R3 + R4
13,33 Ω + 30 Ω + 50 Ω
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8
Frage
Punkte
Wie gross sind die Auflagekräfte in den dargestellten drei Fällen? Tragen Sie die
Werte direkt in die Skizzen ein!
4
b)
2m
a)
1m
1m
10 kg
10 kg
FA
FB
FB
FA
c)
Lösung
2m
a) FA = 49 ,05 N ; FB = 49 ,05 N
5 kg
5 kg
b) FA = 98 ,1N ; FB = 0 N
c) FA = 49 ,05 N ; FB = 49 ,05 N
FB
FA
9
Vier Widerstände von 20, 30, 40 und 50Ω sind, wie skizziert geschaltet. Berechnen Sie für die gegebene Schaltung den Gesamtwiderstand!
R1
R2
20
30
R3
R4
40
50
4
Bild 1.3.3
Lösung:
RT =
ww.ibn.ch
( R1 + R2 ) ⋅ ( R3 + R4 ) (20 Ω + 30 Ω) ⋅ (40 Ω + 50 Ω)
=
= 32,14 Ω
R1 + R2 + R3 + R4
20 Ω + 30 Ω + 40 Ω + 50 Ω
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10
Frage
Punkte
Nennen Sie mindestens drei Spannungserzeuger!
3
Lösung
Spannungserzeuger durch:
-
11
Induktion
Licht
Wärme
Chemie
Druck
Reibung
Schreiben Sie mindestens drei Wirkungen des elektrischen Stromes auf!
3
Lösung
-
ww.ibn.ch
Wärmewirkung
Lichtwirkung
Kraftwirkung
Magnetische Wirkung
Chemische Wirkung
Physiologische Wirkung
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Pos
Frage
12
Punkte
Wie gross ist die Anschlussleistung eines 200-Liter
Boilers, bei einer Aufheizzeit von 4 Stunden? Der
Wirkungssgrad kann dabei vernachlässigt werden
( ∆ϑ = 50°C ).
4
Q2
QV
Lösung
Q1
Q = m ⋅ c ⋅ ∆ϑ = 200kg ⋅ 4 ,18
kJ
⋅ 50°C = 41'800 kJ
kg °C
Q = 11,61kWh
Q
m ⋅ c ⋅ ∆ϑ
P=
=
=
t
t
13
kJ
⋅ 50°C
kg °C
= 2 ,903 kW
4 ⋅ 3600 s
200kg ⋅ 4 ,18
W1
Wie lautet das ohmsche Gesetz?
a) Formelgleichung
b) Umformungen und
c) Beschreibung der Formelzeichen.
3
Lösung
U = R⋅I
U
I
R
ww.ibn.ch
[V ]
Spannung in
Strom in
Widerstand in
R=
U
I
[Ω]
I=
U
R
[ A]
[V ]
[ A]
[Ω]
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Pos
14
Frage
Was versteht man unter dem Begriff spezifischer elektrischer Widerstand?
Punkte
3
Lösung
Der Wert sagt aus, wie gross ist der Widerstandswert in Ohm von einem Werkstoff mit einem Meter
Länge und einem Querschnitt von einem Quadratmilimeter.
Der Wert ist ein Vergleichsfaktor für verschiedene
Werkstoffe.
15
Was versteht man unter dem Begriff spezifische Wärmekapazität?
3
Lösung
Die spezifische Wärmekapazität c gibt an, welche
Wärmemenge in [kJ] erforderlich ist um eine Masse
von 1 kg eines Stoffes um 1 °C zu erwärmen.
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16
Frage
Punkte
Gegeben ist eine Belastungskennlinie einer Spannungsquelle. Ermitteln Sie aus
nachstehender Zeichnung für diese Spannungsquelle folgende Grössen:
a)
Leerlaufspannung U0.
b)
Die Klemmenspannung UKL bei einem Belastungsstrom von 4A.
c)
Den Kurzschlussstrom IK.
d)
Den Innenwiderstand Ri.
3
U [V]
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
a) U 0 = 3,0V ; b) U Kl = 2 ,0V ; c) I K = 12 ,0 A ; d) Ri =
ww.ibn.ch
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0.00
I [A]
U 0 3 ,0V
=
= 0 ,25 Ω
I K 12 A
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