Physik II Übung 12

Physik II
Übung 12
Stefan Reutter
Moritz Kütt
Franz Fujara
SoSe 2012
Aufgabe 1 Magischer Tetraeder
In der Vorlesung wurde ein Experiment mit einem Widerstandstetraeder gezeigt (Tetraeder mit
je einem Widerstand R an jeder Kante).
a) Skizziere diese Schaltung.
b) An zwei beliebigen Ecken wird eine Spannung U angelegt. Welcher Strom fließt? Berechne
die Potentialdifferenzen zwischen allen möglichen Eckpaaren.
Aufgabe 2 Gefahren durch Elektrizität
Von Elektrizität gehen einige Gefahren aus, manchmal aber auch nicht. Diskutiert die folgenden
Fragen:
a) Warum kann der Kontakt mit den Hochspannungsleitungen eines Zuges (15 kV) tödlich sein,
obwohl der Kontakt mit einem Van-de-Graaf-Generator (hat etwa 10fache Spannung) nur unangenehm ist.
b) Bei beliebigen Stromunfällen: Welche Rolle spielen Berührpunkte einer Person mit Spannungsquelle und Boden?
c) Gibt es Richt- oder Grenzwerte für Spannungen/Ströme?
d) Wie sollte man sich bei einem Gewitter verhalten, um sich möglichst gut vor Blitzschlägen zu
schützen (bitte brauchbare Tips)?
Aufgabe 3 Mehr Energie!
Ein Kondensator der Kapaziät C wird auf eine Spannung U aufgeladen. Anschließend wird
er über einen Widerstand R entladen. Zeige, dass bei vollständiger Entladung die gesamte im
Kondensator gespeicherte Energie über den Widerstand in Wärme umgewandelt wird.
Aufgabe 4 Fahrradfahren mit Farad
Wer im dunkeln mit dem Fahrrad fährt, sollte am besten Licht haben. Benutzt man dabei zur
Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie einen Dynamo (U D = 5 V), geht das Licht
aus, wenn man anhält. Clevere Erfinder haben Fahrradrücklichter erfunden, die einen kleinen
eingebauten Kondensator haben. So leuchtet das Licht beim Anhalten noch etwas nach.
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a) Wie groß muss der Kondensator eines solchen Rücklichtes mindestens sein, wenn es noch
15 Sekunden nach Anhalten leuchten soll? Nimm dabei einen konstanten Widerstand der Lampe R = 50 Ω an. Die Lampe leuchtet ausreichend, wenn sie von mindestens I min = 20 mA
durchflossen wird.
b) Ist diese Kapazität groß oder klein?
c) Zu welchem Zeitpunkt enthält der Kondensator nur noch ein Viertel seiner ursprünglichen
Ladung?
6Ω
34V + -
c
d
8Ω
b
2Ω
Aufgabe 5 Verwirrt im Netz
e
1Ω
a
4Ω
12Ω
h
g
f
a) Berechne die Stromstärken durch jeden Widerstand
der abgebildeten Schaltung.
b) Verwende die Resultate aus a), um die Potentialdifferenzen aller Punkte im Vergleich zum Punkt a zu
bestimmen.
Aufgabe 6 Diskussion: Wie misst man Spannung und Strom?
Wie misst man eigentlich Spannung? Wie misst man Strom? Zeichne Messgeräte in eine beispielhafte Schaltung. Welche Eigenschaften müssen diese Messgeräte haben (z.B. Innenwiderstand?).
Aufgabe 7 Schaltung eines Amperemeters
G
10Ω
90Ω
In einem Amperemeter wird oft ein Galvanometer eingesetzt. Galvanometer sind zunächst zur Messung von sehr kleinen Strömen
geeignet. Sie sind so konstruiert, dass der Zeigerausschlag proportional zum Stromfluss ist. Die Abbildung zeigt ein Galvanometer mit
einer Schaltung, die verschiedene Strombereiche messbar macht.
Das Galvanometer hat einen Innenwiderstand R G = 10 Ω und ist mit
einem Widerstand R = 90 Ω verbunden, an dem an mehreren Stela
b c
d
e
len abgriffe möglich sind (siehe Abbildung). Durch diese Abgriffe
werden die Strommessbreiche möglich, dabei wird dann entweder
über die Kontakte ab, ac, ad oder ae gemessen.
a) Wie muss man den 90 Ω Widerstand aufteilen, damit zwischen den Meßbereichen jeweils ein
Faktor 10 liegt?
b) Welcher Galvanometerstrom ergibt Vollausschlag, wenn die Messbereiche 1 A, 0, 1 A, 10 mA
und 1 mA betragen sollen?
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