Experimentalphysik II U0 C I(t) R

Experimentalphysik II
WS 2006/07
10. Übung (Abgabe Mi. 17.1.07 vor der Vorlesung)
http://www.physik.fu-berlin.de/~wolf/WS0607
Wolf / Bovensiepen
1. Phasenverschiebung im Wechselstrom kreis
(a) Berechnen Sie für die unten abgebildete Schaltung die Phasenverschiebung ϕ zwischen der
Wechselspannung U(t) = U0 cos (ωt) und dem Strom I(t).
R
C
I(t)
U0
(b) Zeichnen Sie die Phasenverschiebung ϕ in Abhängigkeit von R (variabel zwischen 0 und
2000 Ω) für C = 5μF und ω/2π = 50 Hz.
(2 Punkte)
2. Blind- und Wirkleistung
Welche mittlere elektrische Leistung wird verbraucht wenn an unserem Wechselstromnetz
(50 Hz, 220 V,) ein in Reihe geschalteter Kondensator und eine Spule angeschlossen wird?
Begründung?
(1 Punkt)
3. Frequenzfilter
Ein Frequenzfilter besteht aus einem Ohmschen Widerstand R und einem Kondensator mit
Kapazität C, deren Schaltung jedoch unbekannt ist. Um diese Schaltung zu charakterisieren,
führen Sie mehrere Messungen der Ausgangsspannung Uout für verschiedene Eingangsspannungen Uin durch. Sie machen folgende Beobachtungen:
(1) Beim Anlegen einer Gleichspannung am Eingang des Frequenzfilters verschwindet die
Ausgangsspannung Uout.
(2) Für eine Wechselspannung mit der Frequenz 1 kHz beträgt Uout ≈ Uin.
(3) Zwischen den beiden Leitern des Ausgangs messen Sie einen Innenwiderstand von 50 Ω.
(4) Für eine 100 Hz Wechselspannung mit Effektivwert U1eff = 100 V am Eingang wird am
Ausgang der Effektivwert U2eff = 44,7 V gemessen. Die Phasenverschiebung zwischen Uin
und Uout beträgt ϕ = 63.4°.
Wie ist die Schaltung aufgebaut und wie groß sind R und C?
(3 Punkte)
4. Transformator
Wir betrachten einen Transformator mit 500 Windungen auf der Primärseite und 16 Windungen
auf der Sekundärspule.
(a) Was ist die Leerlaufspannung der Sekundärspule, wenn an der Primärspule eine Effektivspannung von 220 V anliegt?
(b) Im Sekundärkreis wird nun ein Lastwiderstand angeschlossen. Wie groß ist die Stromstärke
im Sekundärkreis, wenn im Primärkreis ein Strom von 0.1 A fließt? Vernachlässigen Sie
dabei die Leistungsverluste. Durch welche Maßnahmen hält man die Verluste in einem
Transformator gering?
(2 Punkte)