Springe zum Inhalt oder Footer
SerloDie freie Lernplattform

Aufgaben zur E-Lehre

  1. 1

    Welche dieser elektrischen Felder sind homogen, welche inhomogen?

    Bild
  2. 2

    Aufgabe zur Berechnung des Spezifischer Widerstandes

    Aufgabenbeschreibung:

    Es soll der Spezifischen Widerstand ρ (für rho) eines Drahtes bestimmt werden.

    Dessen Länge (l) betrage 10m und der Querschnitt des Drahtes 1mm2\textcolor{ff6600}{1 mm^2}.

    Die nachfolgenden Formelbeziehungen sollten Dir bekannt sein:

    Bild
    1. Der Dir mit diesen Angaben fehlende Widerstand R kann üblicherweise nur durch Messung bestimmt werden. Welche der nachfolgenden (vereinfacht dargestellten) Messanordnungen ist dafür geeignet?

      1), 2) oder 3)?

      1), 2) oder 3)?

    2. Wir nehmen Dir die Arbeit etwas ab und haben folgendes für Dich gemessen:

      • Die Spannung U wird mit 1,5 V angezeigt

      • Die Stromstärke A beträgt exakt 1,49 A

      Welchen Elektrischen Widerstand (R) und welchen Spezifischen Widerstand (ρρ) kannst Du unter Zuhilfenahme der oben angegebenen Formelbeziehungen nun errechnen?

    3. Wenn Du Dir das Ergebnis aus b) nun ansiehst, aus welchem Material müsste der gemessene Draht sein?

  3. 3
  4. 4
  5. 5
  6. 6

    Berechnungen und Messung im Stromkreis

    Bild

    Gegeben sei ein Gleichspannungsquelle mit 3 V, welche diverse Widerstände R1,2,3R_{1{,}2,3} sowie eine handelsübliche Lampe L (Glühbirne) einer Taschenlampe mit Strom versorgt.

    Zur Vertiefung des bislang Gelernten wollen wir durch einzelne Berechnungen den beispielhaften Stromkreis verstehen.

    Durch gleichzeitige Messung mit einem Voltmeter V und einem Amperemeter A (letzteres wir an den gestrichelten Positionen ?A1 oder ?A2 einsetzen können) wollen wir die berechneten Ergebnisse belegen.

    1. Wie groß ist der Widerstand RLR_L der Glühbirne L?

      Die bekannten Daten seitens des Herstellers lauten: U = 1,5 V, I = 0,3 A

    2. Wie groß müssen jeweils die gleich großen Widerstände R2R_2 und R3R_3 sein, damit der Gesamtwiderstand RGesR_{Ges} der Schaltung genau 1010 erreicht?

      Der Widerstand R1R_1 beträgt 22

      Zur Vereinfachung: Die Innenwiderstände der Messgeräte können bei der Berechnung vernachlässigt werden:

      • Der Innenwiderstand des Ampermeters mit RA0\textcolor{006400}{R_A ≈ 0} \textcolor{006400}{Ω}

      • Der Innenwiderstand des Voltmeters mit RV\textcolor{006400}{R_V ≈ ∞} \textcolor{006400}{Ω}


    3. Welcher Gesamtstrom IGesI_{Ges} fließt durch die Schaltung unter der Annahme die Batteriespannung UBattU_{Batt} betrüge 3 V?

      A
    4. Welche Spannung U1U_1 entfällt auf den Widerstand R1R_1?

      V
    5. Welche Spannung U23U_{23} entfällt auf die beiden Widerstände R23R_{23}?

    6. Welche Messmethode ist geeignet?

      Zur Kontrolle sollen Strom und gleichzeitig Spannung an der Glühbirne L gemessen werden. Um den Einfluss der Innenwiderstände der Messgeräte auf das Messergebnis zu minimieren soll eine geeignete Messmethode gewählt werden. Wir erinnern uns, RLR_L hat einen kleinen Wert.

    7. In der bisherigen Betrachtung hatte der Innenwiderstand RVR_V des Voltmeters ≈ ∞

      Wie genau verändert sich der gemessenen Widerstand RMessR_{Mess} der Lampe L, wäre der Innenwiderstand RVR_V des Voltmeters stattdessen "nur" 100100 kkΩ (statt ≈ ∞ ).

      Hilfestellung: Wir betrachten RMessR_{Mess} als jenen gemessenen Widerstand im Sinne einer Parallelschaltung von RVR_V und RLR_L. Berechne RMessR_{Mess}!

  7. 7

    Elektrizität und Magnetismus

    Gegeben sei ein Leiterstück eines bestimmten Widerstandes R, welches an eine haushaltsübliche Batterie mit der Spannung U angeschaltet wird. Ein Stromfluß I stellt sich ein.

    Schematischer Versuchsaufbau

    Schematischer Versuchsaufbau

    1. Um den Vorgang physikalisch korrekt erklären zu können, bewegen wir uns hier im Bereich der Elektrostatik oder der Elektrodynamik?

    2. Welche Stromrichtung kannst du dem dargestellten Versuchsaufbau entnehmen?

      Die Physikalische Stromrichtung (Elektronenflussrichtung) oder die sogenannte Technische Stromrichtung

    3. Entsteht mit dieser Versuchsanordnung um das Leiterstück ein Magnetfeld?

    4. Um die Richtung eines sich bildenden Magnetfeldes korrekt zu bestimmen, benötigen wir für den Versuchsaufbau mit dargestelltem Ladungsträgerfluss die sogenannte "Rechte-Hand-Regel" oder die "Linke-Hand-Regel"?

    5. Welche Abbildung zeigt demnach die korrekte Anwendung der Hand-Regel?

      Bild
  8. 8

    Magnetfelder nach ihrer Stärke

  9. 9

    Magnetische Feldstärke H

    Gegeben sei nachfolgender Versuchsaufbau. Durch einen elektrischen Leiter fließt ein elektrischer Strom von 1 A. Es bildet sich ein Magnetisches H-Feld aus.

    Bild
    1. Wie bezeichnet man die gezeichnete Stromrichtung und welche Hand-Regel zur korrekten Bestimmung der Richtung des entstehenden Magnetfeldes kommt zur Anwendung?

    2. Ich welche Richtung verlaufen nun die Magnetische Feldlinien? Wende die korrekte Hand-Regel an

    3. Die Magnetische Feldstärke H hat die Einheit: [H]=Am[H] = \dfrac{A}{m}

      Leite mit dieser Hilfestellung die korrekte Formel zur Berechnung der Magnetischen Feldstärke H ab.

    4. Des Weiteren sei jeweils ein Radius r von 1 cm, 2 cm und 3 cm gegeben. Setze vereinfacht für ππ= 3,14 ein. Welche Magnetische Feldstärken in Am\dfrac{A}{m} ergeben sich gerundet?

    5. Wenn Du Deine Ergebnisse in ein Diagramm einträgst (y-Achse: H und x-Achse: Radius),

      welchen Graphen kannst du typischerweise erkennen?

      Bild
  10. 10

    Magnetische Flußdichte B

    Gegeben sei folgende Versuchsanordnung:

    Eine Leiterschleife ragt mit einer Länge l = 7,5 cm in ein Magnetisches B-Feld.

    Es fließt ein Strom I in angegebener Richtung von 1,33 A.

    Die Leiterschleife wird (nach der Rechten-Hand-Regel) senkrecht nach unten in das Magnetfeld gezogen, die daran befestigte Zugwaage zeigt für F einen Wert von 1 N an?

    Zur Vereinfachung sei das Gewicht der Leiterschleife selbst vernachlässigbar bzw. ist am angezeigten Wert an der Waage bereits korrigiert.

    Wie stark muß unter diesen Bedingungen die Flußdichte B in Tesla sein?

    Dein Ergebnis bitte ganzzahlig runden!

    Bild
    Tesla
  11. 11

    Magnetische Permeabilität µµ, ordne die orangen Graphen richtig zu!

  12. 12

    Magnetismus im Zusammenspiel zwischen Sonnenwind und Erdmagnetfeld

    Abb.: Sonnenwind in Interaktion mit dem Erdmagnetfeld

    Abb.: Sonnenwind in Interaktion mit dem Erdmagnetfeld

    1. Welche optische Erscheinung können wir auf unserer Erde wahrnehmen?

      Positiv wie negativ geladene Teilchen werden von der Sonne in alle Richtung gleichförmig in das Universum abgestrahlt und treffen teilweise auch auf unsere Erde. In gezeigter Abbildung sei der Abstand zwischen Sonne und Erde extrem verkürzt dargestellt.

    2. Warum werden die Ladungen des Sonnenwindes ausgerechnet an den Nord- und Südpol gelenkt?

    3. Warum entsteht ein sichtbares Leuchten?

      Bild

Dieses Werk steht unter der freien Lizenz
CC BY-SA 4.0Was bedeutet das?