Aufgabenblatt Z/ 01 (Physikalische Größen und Einheiten)

Übungsaufgaben Elektrotechnik
Aufgabenblatt Z/ 01 (Physikalische Größen und Einheiten)
Aufgabe Z-01/ 1
Welche zwei verschiedenen physikalische Bedeutungen kann eine Größe haben, wenn nur bekannt
ist, dass sie in der Einheit Nm gemessen werden kann?
Aufgabe Z-01/ 2
Welche der beiden nachfolgenden Gleichungen ist eine physikalische Größengleichung?
(1) v = 6,375 • 104 t2 ;
t in s; v in km/h
2
(2) v = 4,902 m/s • t.
Aufgabe Z-01/ 3
Was bedeutet die physikalische Größe Leistung (P), und in welcher der unten stehenden
zusammengesetzten Maßeinheiten kann man sie messen?
1. (kg•m2)/s3
2. N/m
3. VA
4. Kp/cm2
Aufgabe Z-01/ 4 (Strömungsgeschwindigkeit)
In einem Kupferdraht von A = 2,5 mm2 Querschnitt fließt der Strom I = 12 A. Die Dichte der freien
Elektronen beträgt n = 8,47•1019 mm-3, die Ladung eines Elektrons hat den Betrag
e = 1,6022 • 10-19As.
1. Wie groß ist die mittlere Strömungsgeschwindigkeit v der freien Elektronen im Leiter?
Aufgabe Z-01/ 5
In einem Kupferdraht von A = 1,0 mm2 Querschnittsfläche fließt ein zeitlich konstanter Strom
I = 15A. Kupfer enthält etwa n = 1023 freie Elektronen pro cm3. In welcher Größen-ordnung liegt die
Driftgeschwindigkeit v der Elektronen ?
Aufgabe Z-01/ 6 (Potenzial Betrachtungen an einer Batterie)
Betrachtet wird eine Batterie, deren Spannung zwischen Pluspol (P) und Minuspol (M) konstant 1,5 V
betrage.
Welches Potenzial hat der Minuspol der Batterie gegenüber dem Erdpotenzial φE, wenn
a. die Batterie elektrisch isoliert aufgehängt ist,
b. der Minuspol der Batterie mit der Erde verbunden ist,
c.
der Pluspol der Batterie mit der Erde verbunden ist,
d. der Pluspol mit einem Hochspannungsgenerator verbunden ist, der ein Potenzial
von φE = 10.000 V gegen Erde erzeugt?
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Aufgabenblatt Z/ 02 (Berechnung von Widerständen, Strömen & Spannungen)
Aufgabe Z-02/ 1
Ein Freileitungsseil aus Kupfer besteht aus n = 37 einzelnen Leitern mit je d = 2,03 mm
Durchmesser. Der spezifische Widerstand des Materials beträgt ρ = 17,6 •10-9 Ωm.
Wie groß ist der Widerstand R des Seiles je km Leitungslänge?
Aufgabe_Z-02/ 2
Welchen Widerstand hat ein aufgedampfter Dünnfilm von 10 nm Dicke, 0,18 mm Breite und
0,95 mm Länge in der Längsrichtung bei einem spezifischen Widerstand ρ = 5 • 10-6 Ωm ?
Aufgabe Z-02/ 3
Welchen spezifischen Widerstand in Ωm und welche Leitfähigkeit in S/m hat eine Flüssigkeit, die zwischen zwei im Abstand von 6 mm befindlichen Elektroden von 8 cm X 8 cm einen
Widerstand von 0,032 Ω aufweist?
Aufgabe Z-02/ 4
Welcher Strom fließt durch eine Spule mit 500 m Kupferdraht von 0,75 mm Durchmesser bei
einer angelegten Spannung von 12 V?
Aufgabe Z-02/ 5
Die Hülle eines Bleimantelkabels (Abb. 1) hat den gezeichneten Querschnitt. Welchen
Widerstand haben 100 m der Bleiumhüllung (ρ = 0,21 Ω mm2/m)?
d2 = 25
d1 = 35
Abbildung 1
Aufgabe Z-02/ 6
Wie viel Meter Kupferdraht von 0,25 mm Durchmesser befinden sich auf einer Spule, durch
die bei einer angelegten Spannung von 24 V ein Strom von 0,08 A fließt?
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Aufgabe Z-02/ 7
Der Heizdraht einer Radioröhre hat einen Widerstand von 1.200 Ω und wird von 100 mA
durchflossen. Welchen Betrag hat die Heizspannung?
Aufgabe Z-02/ 8
Um einen Wolframdraht von 0,15 mm Durchmesser auf 3500 C° zu erhitzen, ist ein Strom
von 2,095 A notwendig. Die erforderliche Heizspannung beträgt 2,56 V je cm Drahtlänge.
Welchen Widerstand haben 4 cm des Drahtes?
Aufgabe Z-02/ 9
Welche Spannung besteht zwischen zwei 40 cm voneinander entfernten Punkten einer
Kupferleitung von 1,0 mm Durchmesser, durch die ein Strom von 6 A fließt?
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Aufgabenblatt Z- 03: (Temperaturabhängigkeit, El. Leistung, El. Arbeit)
Aufgabe Z-03/ 1 (Temperaturabhängigkeit)
Die Kupferwicklung eines Motor hat bei der Temperatur ϑ1 = 20°C einen Widerstand R1=
0,324 Ω. Er steigt nach längerer Betriebszeit der Maschine auf R2= 0,382 Ω. Der Temperaturkoeffizient des Leitungsmaterials beträgt bei der angegebenen Ausgangstemperatur
α20 = 3,9 •10-3 K-1.
1. Welche mittlere Temperatur ϑ2 stellt sich in der Wicklung ein?
Aufgabe_Z-03/ 2 (Temperaturabhängigkeit)
Zwei Widerstände aus verschiedenen Materialien sollen in einem Isolierblock eingegossen
und dadurch auf gleicher Temperatur gehalten werden. Für eine Ausgangstemperatur von ϑ1
= 20°C betragen die Temperaturkoeffizienten der Materialien α1 = 4,0 •10-5 K-1 und
α2 = -1,0 •10-5 K-1.
1. Wie groß müssen die einzelnen Widerstände R1 und R2 bei ϑ1 = 20°C sein, damit der Gesamtwiderstand der Reihenschaltung (unabhängig von der Temperatur) R = 60Ω beträgt?
Aufgabe Z-03/ 3 (Elektrische Leistung)
Die an einem Elektrowärmegerät liegende Gleichspannung wird von U1 = 220V auf U2 = 235
V vergrößert. Der Widerstand des Gerätes kann als konstant angenommen werden.
1. Um wie viel Prozent steigt die umgesetzte Leistung?
Aufgabe Z-03/ 4 (Elektrische Leistung)
Die von einem Widerstand R aufgenommene Leistung soll um p = 25% verringert werden.
1. Um wie viel Prozent ist die anliegende Gleichspannung herabzusetzen?
Aufgabe Z-03/ 5 (Wirkungsgrad)
Ein elektrischer Wasserkocher mit der Leistungsaufnahme P = 1200 W ist t = 6 min lang
eingeschaltet und erwärmt dabei m = 1 kg Wasser von ϑ1 = 14°C auf ϑ2 = 100°C. Die
spezifische Wärmekapazität des Wassers beträgt c = 4190 J/(kg • K).
1. Wie groß ist der Wirkungsgrad η des Erwärmungsvorganges?
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Aufgabe Z-03/ 6 (Elektrische Arbeit)
Wie viel kostet der Betrieb eines elektrischen Kühlschrankes mit der Motorleistung 750 W für
24 Stunden bei einem Preis von 0,22 € je kWh?
Aufgabe Z-03/ 7 (Elektrische Arbeit)
Wie viel Kilowattstunden kann ein Akkumulator aus 20 Zellen speichern, von denen jede eine
Kapazität von 60 Ah bei einer Klemmenspannung von 1,5 V aufweist?
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