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Aufgabe 9 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
Wie verändert sich der elektrische Widerstand in einem Stromkreis, wenn in diesem ein Aluminiumdraht durch einen Kupferdraht gleicher Länge und gleichen Querschnitts ersetzt wird?

Aufgabe 10 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
Ein Aluminium- und ein Kupferdraht sollen bei gleicher Länge den gleichen Widerstand haben. Wie groß muss der Durchmesser des Kupferdrahtes im Vergleich zum Aluminiumdraht sein?

Aufgabe 11 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
Die Widerstände zweier Leiter mit kreisförmigen Querschnitt, gleicher Länge und aus gleichem Material verhalten sich wie 1:2. In welchem Verhältnis stehen die Massen der beiden Leiter?

Aufgabe 12 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
Wie lang muss ein 0,1 mm dicker Konstantandraht sein, damit er einen Widerstand von 100 Ohm hat?

Aufgabe 13 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
Zur Bestimmung des spezifischen Widerstandes eines Metalls wird an ein 42 cm langes und 0,7 mm dickes Stück eine Spannung von 0,6 V angelegt. Durch den Draht fließt dabei ein Strom von 0,5 A. Wie groß ist der spezifische Widerstand?

Aufgabe 14 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
Eine Baustelle ist 650 m von einer Spannungsquelle entfernt und wird durch eine Zuleitung aus Kupferdraht (0,0175 Ω mm² / m) mit Strom versorgt. Die Belastung des Kupferdrahtes beträgt 25 A.
Berechne den durch die Zuleitung auftretenden Spannungsverlust für einen Drahtdurchmesser von 5 mm!

Aufgabe 15 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
In einem alten Haus wurden die Aluminiumleitungen durch Kupferleitungen ersetzt; insgesamt wurden 150 m Kabel verlegt. Jedes Kabel besteht aus einer Hin- und einer Rückleitung und hat einen Querschnitt von 1,5 mm².
Um wie viel verkleinerte sich durch diese Veränderung der Widerstand der gesamten Hausverkablung?

Aufgabe 16 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
Eine Klingelleitung aus Aluminium hat eine Länge von 40 m (20m hin und 20 m zurück) und einen Querschnitt von 0,5 mm².
a) Berechne den elektrischen Widerstand der Leitung.
b) Die Klemmenspannung beträgt 6 V. Die Klingel hat einen elektrischen Widerstand von 10 Ohm. Welche elektrische Spannung liegt an der Klingel an?

Aufgabe 17 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
Ein gerades Drahtstück (homogen, mit konstantem Querschnitt) besitzt den elektrischen Widerstand 16 Ohm. Es wird zu einem Rechteck gebogen und zusammengelötet.
In welchem Verhältnis stehen die Längen der Rechteckseiten zueinander, wenn der Widerstand zwischen den Endpunkten einer Rechteckseite 2,0 Ohm, beträgt?

Aufgabe 18 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
Eine 1,5 km lange Telefonleitung aus Kupfer soll einen Widerstand von höchstens 25 Ohm besitzen. Welchen Querschnitt muss die Leitung mindestens haben?

Aufgabe 19 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

a) In der dargestellten Schaltung ist R₁ = 25 Ohm, R₂= 17 Ohm und R₃ = 32 Ohm. Es liegt eine Gesamtspannung von 12 V an. Welchen Wert zeigt der Strommesser an?
b) Berechne für die selbe Schaltung die Stärke des Stromes, der durch den Widerstand R₂ fließt.

Aufgabe 20 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

Berechnen Sie für die nebenstehende Schaltung die Stromstärke, die der Strommesser anzeigen wird.
U = 6 V, R₁ = 500 Ohm, R₂ = 750 Ohm, R₃ = 1 kOhm, R₄= 1,5 kOhm, R₅ = 1 kOhm

Aufgabe 21 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
In Schaltung 1 sind zwei Widerstände R₁und R₂ in Reihe geschaltet, in Schaltung 2 sind die beiden Widerstände parallel angeordnet. Die Gesamtwiderstände in den beiden Schaltungen verhalten sich wie 4 :1.
In welchem Verhältnis stehen R₁ und R₂?
Begründen Sie Ihre Aussage.

Aufgabe 22 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
Eine Lampe 220V/60W wird mit einer zweiten Lampe 6V/5W in Reihe geschaltet und an 220V Spannung abgeschlossen.
Was passiert? Gib den Buchstaben der richtigen Lösung an.
a) Beide Lampen leuchten nicht.
b) Die 6V-Lampe brennt durch, der Stromkreis ist unterbrochen, Experiment beendet.
c) Die 220V-Lampe leuchtet normal, die 6V-Lampe nicht oder ganz schwach.
d) Die 6V-Lampe leuchtet normal, die 220V-Lampe nicht oder ganz schwach.
e) Beide Lampe leuchten schwach.
Hinweis: Dieses Experiment bitte nicht zu Hause ausprobieren. Die Spannung aus der Steckdose ist lebensgefährlich.

Aufgabe 23 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
Eine Weihnachtsbaumbeleuchtung besteht aus 16 Lämpchen. Sie ist mit 14V/3W Lampen bestückt. Am Heiligabend stellt man fest, dass ein Lämpchen kaputt ist. Es steht ein Ersatzlämpchen 14V/5W zur Verfügung. Was passiert mit den anderen Lampen nach dem Auswechseln der kaputten Lampe?

Aufgabe 24 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
Schaltung

12 Ein-Ohm-Widerstände sind in der in der Abbildung gezeigten Weise zu einem Würfel verbunden. Welche Stromstärke zeigt der Strommesser an, wenn man längs der Raumdiagonalen eine Spannung von 1 V anlegt?

Aufgabe 25 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
In wieviel gleiche Teile muss man einen Leiter mit 100 Ohm Widerstand teilen, um bei Parallelschaltung dieser Teile einen Widerstand von 1 Ohm zu erhalten?

Aufgabe 26 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
Vier parallel geschaltete Lämpchen zu je 36 Ohm Widerstand sind über einen regelbaren Vorwiderstand an eine 12 Volt-Batterie angeschlossen. Der Vorwiderstand ist auf 9 Ohm eingestellt und kann beliebig vergrößert und verkleinert werden..
Auf welchen Wert muss der Vorwiderstand nach Ausfall eines Lämpchens eingestellt werden, wenn die Stromstärke in den übrigen so groß wie vorher bleiben soll?

Aufgabe 27 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
Schaltung

Wie groß ist der Gesamtwiderstand zwischen den Punkten A und B, wenn jeder Einzelwiderstand 3Ohm beträgt?

Aufgabe 28 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
Ein Messwerk mit einem Innenwiderstand von 33 Ohm zeigt bei 100 mA Vollausschlag. Welche Widerstände müssen gewählt werden, um 1000 V Spannung und 10 A Strom messen zu können?

Aufgabe 29 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Ein Elektromotor hat einen Wirkungsgrad von 90 %. Was besagt diese Angabe?

Aufgabe 30 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Eine Lampe für 6 V wird von einem Strom der Stärke 0,2 A durchflossen.
a) Welche Leistung hat die Lampe?
b) Die Batterie ist nach 7 Stunden leer. Wie viel Arbeit wurde verrichtet?

Aufgabe 31 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
In einer Küche soll ein Mikrowellengerät mit 800 W und eine Kochplatte mit 2 kW gleichzeitig an einer Steckdose mit 230 V Spannung betrieben werden. Mit welchen Strom muss die Sicherung für die Küche mindestens belastet werden können?

Aufgabe 32 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Es ist mehr als 100 Jahre her, dass Oskar von Miller, Gründer des Deutschen Museums, die erste Fernübertragung elektrischer Energie 1882 in Betrieb nahm. In Miesbach (57 km von München) trieb eine Dampfmaschine einen 1400 V-Generator an, der 1,5 PS elektrischer Leistung in eine Leitung aus zwei Kupferdrähten einspeiste.
Im Münchner Glaspalast wurde mit der übertragenen Energie ein künstlicher Wasserfall von 2 m Höhe betrieben. In der Leitung ging ein Drittel der eingespeisten Leistung verloren.
a) Machen Sie nähere Angaben über den Wasserfall: Welche Größen können Sie aus den Angaben erschließen? Die übrigen Größen kombinieren Sie sinnvoll.
b) Machen Sie nähere Angaben über die Leitungsdrähte.
c) Die Übertragungsverluste sind heute nicht mehr so hoch? Wie erreicht man das? Begründen Sie, warum diese Maßnahme hilft.

Aufgabe 33 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Ein Vertreter bietet Ihnen einen elektrischen Durchlauferhitzer an, der 8 l heißes Wasser pro Minute liefern soll. Der Hauptvorteil sei, dass Sie nicht einmal Ihre 10-A-Sicherung auswechseln brauchen.
Kaufen Sie das Gerät oder werfen Sie den Kerl hinaus? (Beides mit physikalischer Begründung)

Aufgabe 34 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Ein Autoakku hat eine sog. "Kapazität" von 75 Ah (Ampere-Stunden; 1 Ah bedeutet, dass z.B. 1 h lang Strom der Stärke 1 A fließt).
a) Welche Ladung fließt, bis der Akku "leer" ist?
b) Welche Arbeit wird frei, wenn die Spannung 12 V beträgt?
c) Was kostet das Aufladen, wenn man Verlust nicht berücksichtigt? (0,10 €/kWh)

Aufgabe 35 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
In einer Wohnung werden 5 normale Glühlampen von jeweils 60 W durch Energiesparlampen von 11 W ersetzt. Jede Lampe brennt im Durchschnitt 1,5 h pro Tag. Wie groß ist die Einsparung in einem Jahr, wenn eine kWh 0,20 € kostet?

Aufgabe 36 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Das Wasserkraftwerk Walchensee, das erste Wasserkraftwerk Deutschlands, hat eine Leistung von 124 MW. Welche Menge Steinkohle kann damit im Laufe eines Tages Betrieb eingespart, wenn man einen Wirkungsgrad von 24% annimmt. (Heizwert Steinkohle: 30 MJ/kg)

Aufgabe 37 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Ein Staubsauger habe bei 230 V eine Leistung von 1200 W.
a) Wie groß ist der fließende Strom?
b) Durch einen Kabelbruch entsteht ein Kurzschluss mit einem Restwiderstand von 1,5 Ohm. Berechne den Kurzschlussstrom.

Aufgabe 38 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Ein Durchlauferhitzer kann maximal mit 75 A bei 220 V Spannung betrieben werden. In welcher Zeit kann er 9l Wasser liefern, wenn dieses von 14°C auf 65°C erhitzt werden soll?

Aufgabe 39 (Elektrizitätslehre, Ladungen)

Ein Elektroskop ist positiv geladen, am Zeiger ist ein Ausschlag zu erkennen.
Jetzt führt man an das Elektroskop einen negativ geladen Stab heran, ohne das es zu einer direkten Berührung kommt.
Wie ändert sich der Ausschlag des Zeigers?
a) Er wird kleiner.
b) Er ändert sich gar nicht.
c) Er wird größer.

Aufgabe 40 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
gif-grafik

Die Abbildung zeigt in mehreren Schritten, wie ein Elektroskop aufgeladen wird. Welche Ladung trägt das Elektroskop zu Schluß? Begründen Sie Ihre Antwort.

Aufgabe 41 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Nadel

Eine feine metallische Nadel wird waagrecht vor einer Kerzenflamme befestigt und mit dem negativen Pol einer Hochspannungsquelle verbunden. Was ist an der Kerze zu beobachten?

a) Die Flamme neigt sich zur Spitze hin.
b) Die Flamme verändert sich garnicht.
c) Die Flamme wird von der Spitze weggeblasen.

Aufgabe 42 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Was verstehen Sie unter der Elementarladung?

Aufgabe 43 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Beschreiben Sie den Millikan-Versuch und erklären Sie den Grundgedanken dieses Versuches. (keine Formeln!)

Aufgabe 44 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Ein geladenes Staubteilchen mit einer Masse von 1,5 * 10^-8 g schwebt im Feld eines Plattenkondensators, an dem eine Spannung von 500 V angelegt wird. Die Platten sind horizontal in einem Abstand von 5,0 mm angeordnet.
Berechnen Sie die Ladung des Staubteilchens.

Aufgabe 45 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Ein Elektron tritt mit einer Anfangsgeschwindigkeit v₀ > 0 in ein homogenes elektrisches Feld ein.
Formulieren Sie jeweils eine Aussage über Bahnform und Bewegungsart dieses Elektrons für folgende Fälle:
Der Eintritt des Elektrons in das elektrische Feld erfolgt
- parallel zu den Feldlinien,
- senkrecht zu den Feldlinien.
Begründen Sie Ihre Aussagen.
Hilfe: Gleichung der Bahnkurve für den Fall -senkrecht zu den Feldlinien:
gif-grafik

Aufgabe 46 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Versuch

Zweifach positiv geladene Ionen der Masse m = 1,5*10^-26 kg bewegen sich mit der Geschwindigkeit v₀ = 1,64*10⁵m/s durch die Blende B₁ und treten nach der Länge l = 50,0 mm bei der Blende B₂, die um b = 12,0 mm versetzt ist, wieder aus.
Zwischen den Blenden herrscht ein homogenes elektrisches Feld in y-Richtung.
a) Welche Spannung ist notwendig, um die Ionen auf die Geschwindigkeit v₀ zu beschleunigen?
b) Berechnen Sie die Zeit, die die Ionen für die Strecke von B₁ nach B₂ brauchen.
c) Berechnen Sie den Betrag der elektrischen Feldstärke E.
d) Berechnen Sie den Geschwindigkeitsbetrag |v| und den Ablenkwinkel b der Ionen beim Durchfliegen der Blende B₂.

Aufgabe 47 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Kugeln

Zwei gleich geladenen kleine Kugeln sind im selben Punkt an zwei 1m langen Isolierfäden aufgehängt. Die Masse einer Kugel beträgt 1 g. Wegen ihrer gleichen Ladung stoßen sie sich auf einen Mittelpunktabstand von 4 cm ab. Wie groß ist die Ladung einer Kugel?

Aufgabe 48 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
In den Ablenkkondensator einer Braunschen Röhre tritt ein Elektronenstrahl, der die Beschleunigungsspannung von 1200 V durchlaufen hat, genau in der Mitte der Platten ein. Der Kondensator ist 6 cm lang und hat einen Plattenabstand von 4 mm. Wie groß darf die Ablenkspannung höchstens sein?

Aufgabe 49 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

Die beiden Platten eines Kondensators werden an die Anschlüsse einer konstanten Hochspannungsquelle angeschlossen. Zwischen den Platten hängt an einem isolierenden Faden eine kleine, geladene Kugel. Auf Grund der Kräfte zwischen geladenen Körpern wird die Kugel zu einer Platte hin ausgelenkt. Jetzt wird in den Raum zwischen den beiden Platten ein dickes Buch geschoben, ohne das das Buch die Platten oder die Kugel berührt. Was kann an der Kugel beobachtet werden?
a) Die Auslenkung der Kugel wird stärker.
b) Die Auslenkung der Kugel ändert sich nicht.
c) Die Auslenkung der Kugel wird schwächer.

Aufgabe 50 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

Die Gesamtkapazität C der dargestellten Schaltung beträgt 5,2 µF. Wird C₂ infolge Durchschlages kurzgeschlossen, so ist die Gesamtkapazität C`=6 µF. Wird dagegen C₁ kurzgeschlossen, so ist die Gesamtkapazität C``=7 µF. Welchen Wert hat C₃?

Aufgabe 51 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Drei Kondensatoren gleicher Kapazität werden
a) in Reihe
b) parallel
geschaltet.
Wie groß ist jeweils die Gesamtkapazität der Schaltung?

Aufgabe 52 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
a) Ein Kondensator besteht aus zwei voneinander isolierten Metallplatten. Erklären Sie, weshalb beim Anlegen einer Wechselspannung an den Kondensator trotzdem ein Stromfluss zu messen ist.
b) Wie ändert sich die Stromstärke, wenn bei gleicher Spannung die Kapazität vergrößert wird?

Aufgabe 53 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Ein Plattenkondensator mit Luft besteht aus zwei kreisförmigen Platten mit dem Radius 5,5 cm. Die Platten haben einen Abstand von 7,0 cm.
a) Wie groß ist die Kapazität des Kondensators in pF?
b) Geben Sie zwei Möglichkeiten an, wie die Kapazität vergrößert werden kann, ohne das die geometrischen Abmessungen der Platten verändert werden.

Aufgabe 54 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Um die Dicke von Kunststofffolien laufend zu messen, zieht man sie zwischen zwei Kondensatorplatten der Fläche 100 cm² hindurch, zwischen denen Wechselspannung mit 40 V effektiv und der Frequenz 1000 Hz anliegt. Wie groß ist der Effektivstrom bei Foliendicken von 4 µm, 5 µm und 6 µm (Epsilon_r= 5)?

Aufgabe 55 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Ein Kondensator hat einen Kapazität von 200µF. Welche Ladung befindet sich auf dem Kondensator, wenn er an eine Spannung von 14 V angeschlossen wird?

Aufgabe 56 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Die in einem Kondensator bei einer Ladespannung von 6,0 V gespeicherte elektrische Feldenergie soll für die Zündung einer Blitzlichtlampe genutzt werden. Die während der Zeitdauer eines Lichtblitzes von 100 µs abgegebene elektrische Leistung beträgt 200 W.
Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators.

Aufgabe 57 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
An einen Plattenkondensator mit der Plattenfläche A=500 cm² und dem Plattenabstand d=4mm im Vakuum wird die Spannung U=400 V angelegt.
a) Welche Ladung nimmt der Kondensator auf?
b) Welche Feldstärke hat das elektrische Feld im Kondensator?
c) Wie ändert sich die Ladung und die Feldstärke, wenn der Plattenabstand bei Beibehaltung der Verbindung zur Spannungsquelle auf 6 mm vergrößert wird?
d) Wie ändert sich die Ladung, die Feldstärke und die Spannung, wenn die Vergrößerung des Plattenabstandes nach Abklemmen der Spannungsquelle erfolgt?

Aufgabe 58 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
a) Kondensatoren sind in vielen Bereichen der Technik unentbehrliche Bauelemente. Erläutern Sie ein Beispiel für die Anwendung von Kondensatoren.
b) Nennen Sie die Definition des Begriffes "Elektrisches Feld" und stellen Sie den Zusammenhang zur Größe "Elektrische Feldstärke" her.
c) Ein Plattenkondensator (Plattenabstand 4,00 mm; Plattenfläche 520 cm²; Dielektrikum Luft) wird bei einer Ladespannung von 2000 V aufgeladen und nach dem Ladevorgang wieder von der Spannungsquelle getrennt.
Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators sowie den Betrag der Ladung.
d) In den Innenraum wird nun eine 4,00 mm dicke Glasplatte geschoben. In welcher Weise ändert sich dadurch die Kapazität? Begründen Sie Ihre Aussage. (e _r = 5)
e) Berechnen Sie die Kapazität jeweils für den Fall, dass die Glasplatte den Innenraum vollständig bzw. genau zur Hälfte ausfüllt.
f) Welche weiteren Möglichkeiten gäbe es, die Kapazität des Kondensators zu vergrößern? Begründen Sie jeweils Ihre Aussage.
g) Die im Kondensator gespeicherte Energie sei nach einer gewissen Zeit auf ein Viertel ihres Ausgangswertes gesunken. Welche Ladung befindet sich zu diesem Zeitpunkt noch auf dem Kondensator?

Aufgabe 59 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)
Versuch

In der Nähe eines "schwarzen Kastens" nehmen Magnetnadeln die gezeichneten Stellungen ein. Was lässt sich über den Inhalt des Kasten aussagen?

Aufgabe 60 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)
Ein Magnet zieht eine Büroklammer an und hält sie fest. Die Büroklammer zieht eine zweite an und hält sie fest. Wie ist das zu erklären?

Aufgabe 61 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)
Sie haben zwei äußerlich gleiche Stäbe, von denen der eine ein Stabmagnet und der andere ein normaler Eisenstab ist. Wie können Sie ohne weitere Hilfsmittel feststellen, welcher der Stabmagnet ist?

Aufgabe 62 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)
a) Wie groß ist die magnetische Flussdichte in einer 60 cm langen, mit Luft gefüllten Spule mit 1000 Windungen beim Erregerstrom 0,2 A?
b) Wie groß wird sie, wenn man die Spule mit Eisen (relative Permeabilität = 1000) ausfüllt?

Aufgabe 63 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)
Zwei eisenfreie Zylinderspulen A und B haben die gleiche Induktivität. Spule A hat 300 Windungen. Ihre Länge und ihr wirksamer Durchmesser sind jeweils dreimal so groß wie die entsprechenden Abmessungen von Spule B.
Berechnen Sie die Windungszahl der Spule B.

Aufgabe 64 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)
In einer Spule (relative Dielektrizitätszahl = 1) mit 800 Windungen, einer Länge von 5 cm und einem Widerstand von 45 Ohm soll ein magnetisches Feld mit einer magnetischen Flussdichte von 12mT erzeugt werden.
a) Welche Spannung muss an die Spule angelegt werden?
b) Geben Sie zwei Möglichkeiten an, mit der man die magnetische Flussdichte verdoppeln kann.

Aufgabe 65 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)

Welche Funktion realisiert folgende Schaltung?

Aufgabe 66 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)

Welche Funktion realisiert folgende Schaltung?

Aufgabe 67 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)
Zeichne ein Relaisschaltung, in der beim Schließen des Schalters im Steuerstromkreis ein Motor und ein Lampe eingeschaltet und gleichzeitig eine zweite Lampe ausgeschaltet werden.

Aufgabe 68 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)
Welche Eigenschaften muss ein Elektromagnet haben, der ein möglichst starkes Magnetfeld erzeugt?

Aufgabe 69 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
Ein Elektronenstrahl tritt mit einer Geschwindigkeit von v₀ = 1,96 * 10⁶ ms^-1 senkrecht zu den Feldlinien in ein homogenes Magnetfeld mit der magnetischen Flussdichte B = 1,6 * 10^-3 T ein.
a) Erklären Sie, warum sich der Elektronenstrahl auf einer Kreisbahn weiterbewegt.
b) Berechnen Sie den Radius der Kreisbahn.
c) Beschreiben Sie mit Hilfe der in b) hergeleiteten Gleichung, wie sich der Radius ändern würde, wenn an Stelle der Elektronen Protonen in das Magnetfeld fliegen? (qualitativ)

Aufgabe 70 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
Unter welchen Voraussetzungen erfährt ein Strahl positiver Ionen in einem homogenen Magnetfeld eine ablenkende Kraft?
Wie groß ist der Betrag dieser Kraft?

Aufgabe 71 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
Elektronen, die durch 150 V beschleunigt worden sind, fliegen senkrecht zu den Feldlinien in ein magnetisches Feld mit B = 0,85 mT ein und beschreiben dort einen Kreis von 48 mm Radius.
a) Berechnen Sie e/m.
b) Mit welcher Geschwindigkeit verlassen die Elektronen die Anodenöffnung. Wie lange brauchen Sie für einen Umlauf?

Aufgabe 72 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
Versuch

In einer Braunschen Röhre werden Elektronen durch die anliegende Hochspannung beschleunigt und treffen auf den Leuchtschirm. Durch einen Dauermagneten in der Nähe des Röhrenhalses werden die Elektronen abgelenkt und treffen um die Strecke s versetzt auf dem Schirm auf. Wie ändert sich s bei sonst gleicher Abordnung, wenn die Hochspannung zum Beschleunigen der Elektronen vergrößert wird?
a) s wird kleiner
b) s bleibt gleich
c) s wird größer

Aufgabe 73 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
Versuch

Elektronen treten mit der Geschwindigkeit 2,0*10⁵ m/s in ein homogenes elektrisches Feld ein und durchlaufen es auf einer Strecke von s = 20 cm. Die Polung der Platten bewirkt, dass die Elektronen beschleunigt werden.
Am Ende der Beschleunigungsstrecke sollen die Elektronen eine Geschwindigkeit von 8,0*10⁶ m/s haben.
Anschließend treten die Elektronen senkrecht zu den Feldlinien in ein homogenes Magnetfeld ein, in der sie um Alpha = 25° zu ihrer Bewegungsrichtung abgelenkt werden sollen. Das Magnetfeld ist b = 3,0 cm breit.
a) Wie groß ist die elektrische Feldstärke des Feldes im Kondensator?
b) Wie groß muss die magnetische Flussdichte sein?

Aufgabe 74 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
Die Energie von Alpha-Teilchen kann dadurch bestimmt werden, dass der Radius ihrer Kreisbahn in einem zeitlich konstanten und homogenen Magnetfeld der Flussdichte 500 mT gemessen wird.
Berechnen Sie die Geschwindigkeit und die kinetische Energie eines solchen Teilchens, bei dem der Bahnradius 60 cm beträgt.

Aufgabe 75 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
Ein Proton bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 2,9 * 10⁶ ms^-1. Senkrecht zur Bewegungsrichtung wirkt ein Magnetfeld mit B=0,0160 T.
Berechnen Sie den Radius der Kreisbahn des Protons!

Aufgabe 76 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
Eine Quelle emittiert negativ geladene Teilchen verschiedener Geschwindigkeiten. Skizzieren und beschreiben Sie eine Anordnung, die nur Teilchen einer bestimmten Geschwindigkeit v₀ durchlässt. Leiten Sie eine Beziehung zur Berechnung der Geschwindigkeit v₀ her.
Kann die gleiche Anordnung auch als Geschwindigkeitsfilter ohne Abänderung der Felder bei positiv geladenen Teilchen verwendet werden?
Begründen Sie Ihre Antwort.

Aufgabe 77 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
Ein Zyklotron gibt Alpha-Teilchen mit einer Energie von 2,5*10^-12 J ab. Die magnetische Feldstärke beträgt 2 T. Berechnen Sie den größten Krümmungsradius der Bahnkurve dieser Teilchen.

Aufgabe 78 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
In einem Zyklotron laufen Alpha-Teilchen im Magnetfeld der Flussdichte 1,2 T auf einer Kreisbahn vom Radius 480 mm. Wie gross ist die kinetische Energie der Teilchen in eV? Alpha-Teilchen sind doppelt geladene Heliumkerne mit der spezifischen Ladung Formel

Aufgabe 79 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
Ein ein Meter langer Metallstab wird mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s senkrecht zu den Feldlinien durch das Magnetfeld der Erde bewegt. Wie groß ist die an den Enden des Stabes entstehende Induktionsspannung, wenn das Erdmagnetfeld eine Stärke von 40 µT hat?

Aufgabe 80 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
Versuch

Mit Hilfe einer in der Straße verlegten Induktionsschleife kann der Straßenverkehr überwacht und zum Beispiel durch eine Ampel gesteuert werden. Fährt ein Auto über diese Schleife, wird durch einen Impuls die Ampel nach einer gewissen Zeit auf Grün geschaltet.
In der Zeichnung ist dieser Impuls am Strommesser ablesbar. Wenn ein Auto über die Schleife fährt, ändert sich kurzzeitig die Stromstärke.
Erklären, wie diese Stromänderung entsteht.

Aufgabe 81 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
Versuch

In der Abbildung ist eine Versuchsanordnung dargestellt. Zwei Spulen sitzen frei beweglich auf einem Eisenkern. Beschreibe mehrere Möglichkeiten, wie mit dieser Anordnung in der rechten Spule eine Spannung induziert werden kann.

Aufgabe 82 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
Wie groß ist die Selbstinduktionsspannung, die beim Ausschalten einer Spule der Induktivität 0,2 H auftritt, wenn die Stromstärke von 2 A innerhalb von 10^-4 s linear auf Null absinkt?

Aufgabe 83 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
In einer langen zylindrischen Spule (Feldspule) der Länge 0,3 m, dem Querschnitt 6 cm² und 600 Windungen befinde sich eine deutlich kürzere Spule (Induktionsspule) mit 2000 Windungen und einer Querschnittsfläche 5 cm². Die Spulenachsen seien parallel zueinander. Durch die Feldspule fließe ein Strom I, der in 1/40 s gleichmäßig von null auf 5 A anwächst. Welche Induktionsspannung wird an den Enden der Induktionsspule erzeugt? Das Medium in den Spulen sei Luft.

Aufgabe 84 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)

Das Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der Stromstärke in einer Spule. Die während der Stromstärkeänderung auftretende Selbstinduktionsspannung beträgt 1 V. Berechnen Sie die Induktivität der Spule.

Aufgabe 85 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
Versuch

Im Stromkreis eines Elektromagneten liegt mit der Batterie B das normal brennende Lämpchen L in Reihe. Beschreiben und erklären Sie, was sich abspielt, wenn der obere Teil des Kernes plötzlich abgehoben wird?

Aufgabe 86 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
Versuch

Durch die folgende Skizze ist Ihnen ein Versuchsaufbau vorgegeben.
Beschreiben Sie an, was in der Spule 2 geschieht, wenn der Schalter geschlossen wird und begründen Sie Ihre Aussage.

Aufgabe 87 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
Versuch

Durch eine waagerechte Leiterschleife fällt ein senkrechter Stabmagnet. Beschreiben Sie qualitativ den Verlauf der induzierten Spannung. Erklären Sie, wie sich der Induktionsstrom auf die Bewegung des Stabmagneten auswirkt.

Aufgabe 88 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
Eine Leiterschleife rotiert gleichförmig in einem homogenen und zeitlich konstanten Magnetfeld. Die Rotationsachse ist senkrecht zu den Feldlinien gerichtet.
Begründen Sie, dass mit dieser Anordnung eine Wechselspannung erzeugt werden kann.

Aufgabe 89 (Elektrizitätslehre, Trafo)
Beim elektrischen Schweißen wird mit einem Strom der Stromstärke 100 A in einem Lichtbogen eine solche Hitze erzeugt, dass Metallteile schmelzen. Trotzdem kann man ein solches Schweißgerät an 230 V Netzspannung mit einer Absicherung von 16 A anschließen. Dazu benutzt man einen Schweißtrafo, der eine Sekundärspannung von 25 V liefert.
a) Durch eine normale Steckdose kann ein max. Strom von 16 A fließen. Wird es mehr, also der Widerstand des angeschlossenen elektrischen Gerätes zu klein, entsteht in der Dose zu viel Wärme und sie kann zerstört werden. Deshalb begrenzt die Sicherung den Strom und brennt bei einer zu großen Stromstärke durch.
Erkläre, warum man trotz der hohen Stromstärke von 100 A dieses Gerät an eine normale Steckdose anschließen kann.
b) Wie groß ist die Stromstärke im Primärkreis, wenn der Transformator einen Wirkungsgrad von 90% hat?

Aufgabe 90 (Elektrizitätslehre, Trafo)
Mit einem Transformator kann man entweder hohe Spannungen oder hohe Stromstärken erzeugen.
a) Wie müssen Transformatoren gebaut sein, damit sie eine hohe Spannung bzw. eine große Stromstärke liefern?
b) Warum kann man nur entweder eine hohe Spannung oder eine große Stromstärke erhalten?

Aufgabe 91 (Elektrizitätslehre, Trafo)
Die Stromstärke in der Primärspule eines Trafos in 0,3 A, die Spannung an den Enden der Spule 230 V. Die Stromstärke in der Sekundärspule beträgt 4,8 A, die Spannung an der Spule 12 V. Wie groß ist der Wirkungsgrad dieses Transformators?

Aufgabe 92 (Elektrizitätslehre, Trafo)
Die Spulenwicklung eines Trafos, der für einen Anschluss an das Wechselstromnetz mit 230 V Spannung bestimmt ist, hat einen Widerstand von 10 Ohm und ist für höchstens 2 A Stromstärke ausgelegt. Warum brennt diese Spulenwicklung beim Einschalten des Trafos nicht durch?

Aufgabe 93 (Elektrizitätslehre, Trafo)
Was bedeuten die Aussagen:
a) Ein Trafo wird im Leerlauf betrieben.
b) Ein Trafo wird im Kurzschluss betrieben.
In welchen Zustand wird ein Trafo normalerweise betrieben?

Aufgabe 94 (Elektrizitätslehre, Trafo)
Ein Trafo soll aus der Netzspannung eine Niederspannung von 6V erzeugen. Damit wird ein Motor betrieben, durch den bei dieser Spannung ein Strom von 100 mA fließt. Der Trafo hat eine Primärwindungszahl von 500.
Wie groß muss die Sekundärwindungszahl sein?
Welcher Primärstrom fließt?
Welchen Widerstand hat der Motor?

Aufgabe 95 (Elektrizitätslehre, Trafo)
An einem Transformator werden im Leerlauf eine Primärspannung von 230 V und eine Sekundärspannung von 8,8 V gemessen. Bei Kurzschluss beträgt die Primärstromstärke 0,1 A. Wie groß sind das Verhältnis der Windungszahlen und die Kurzschlussstromstärke im Sekundärkreis?

Aufgabe 96 (Elektrizitätslehre, Trafo)
Erklären Sie den Einsatz eines Trafos im Fernseher zur Erzeugung der Beschleunigungsspannung für die Bildröhre.

Aufgabe 97 (Elektrizitätslehre, Trafo)
Wie verändert sich die Stromstärke im Primär- und im Sekundärkreis eines Trafos, wenn man den Eisenkern öffnet?

Aufgabe 98 (Elektrizitätslehre, Trafo)
Ein Transformator nimmt 55 W Leistung auf und bildet bei einem Wirkungsgrad von 92% ausgangsseitig eine Spannung von 16V. Wie groß ist der Sekundärstrom?

Aufgabe 99 (Elektrizitätslehre, Metalle, Flüssigkeiten, Gase)
Nennen Sie die Voraussetzungen für einen elektrischen Leitungsvorgang.
Erklären Sie den Begriff "elektrischer Leitungsvorgang".
Welche Energieumwandlungen können bei einem elektrischen Leitungsvorgang ablaufen?

Aufgabe 100 (Elektrizitätslehre, Metalle, Flüssigkeiten, Gase)
Erläutern Sie den Leitungsvorgang in der Glühwendel einer Glühlampe. Gehen Sie dabei auch auf die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes ein.
Skizzieren Sie das I-U-Diagramm sowie das R-U-Diagramm einer Glühlampe.

Aufgabe 251 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
Schaltung

Bei welcher Schalterstellung (oben, unten) der drei Umschalter wird folgendes erreicht
a) nur Lampe L₁ leuchtet
b) nur Lampe L₂ leuchtet
c) nur Lampe L₃ leuchtet
d) Lampe L₁ und Lampe L₃ leuchten

Aufgabe 252 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
Zeichne eine Schaltung
a) in der eine Glühlampe an einer Spannungsquelle angeschlossen ist,
b) der Strom durch die Glühlampe gemessen wird und
c) die Spannung an der Glühlampe gemessen wird.

Aufgabe 253 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
Schaltung

Von drei Stellen aus soll eine Korridorlampe ein- und ausgeschaltet werden können. Man benötigt dazu zwei Wechselschalter und einen Kreuzschalter.
a) Beschreibe die Funktionsweise des Kreuzschalters.
b) Fertige eine Schaltskizze für diese Flurbeleuchtung an.

Aufgabe 254 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)

In der nebenstehenden Schaltung sind zwei gleiche Lampen eingebaut. Der Strommesser I₂ zeigt einen Strom von 250 mA an. Welchen Strom kann man an den anderen beiden Strommessern ablesen?

Aufgabe 255 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
Schaltung

Welche Spannung zeigt der Spannungsmesser mit dem Fragezeichen an?

Aufgabe 256 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)

Es sind 7 gleiche Glühlampen entsprechend der Schaltung an einer variablen Spannung angeschlossen. Diese wird so hoch eingestellt, dass mindestens eine Lampe schön hell leuchtet, aber nicht in die Gefahr des Durchbrennens kommt.
Vergleiche die Helligkeiten der Lampen A und B.
a) A ist heller als B.
b) A und B sind gleich hell.
c) A ist dunkler als B.

Aufgabe 257 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
Jpg-Grafik

In einem Kassettenrecorder werden sechs Batterien zu je 1,5V eingelegt. Drei davon werden in Reihe zu drei anderen parallel geschaltet. Wie groß ist die Gesamtspannung und warum wählt man diese Schaltungskombination?

Aufgabe 258 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)

Wie groß ist die Gesamtspannung, wenn zwei Batterien von je 1,5V hintereinander, gegeneinander und parallel geschaltet werden?

Aufgabe 259 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
Eine Autobatterie mit einer Quellenspannung von 13,2 V habe einen Innenwiderstand von 0,03 Ohm. Beim Anlassen fließt ein Strom von 240 A. Wie hoch ist dann die Klemmenspannung?

Aufgabe 260 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
Welchen Kurzschlussstrom muss man bei einer 12-V-Autobatterie mit einem Innenwiderstand von 0,01 Ohm erwarten?

Aufgabe 261 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)

Für eine Glühlampe und für eine Spule wurden experimentell Messwertreihen aufgenommen und in einem Diagramm dargestellt.
a) Entscheide, welche Reihe zu welchem Bauteil gehört. Begründe Deine Entscheidung.
b) Berechne den elektrischen Widerstand der Glühlampe und der Spule bei 20 V, 100 V und 140 V.

Aufgabe 262 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)
Berechne im Kopf, wie groß die Spannung höchstens sein darf, damit bei einem Bauelement mit dem gegeben Widerstand die Stromstärke nicht überschritten wird.

	a	b	c	d
Widerstand	20 Ω	50 Ω	200 Ω	100 Ω
max. Stromstärke	1 A	6 A	0,5 A	2 A
Spannung

Widerstand	max. Stromstärke	Spannung
20 Ω	1 A
50 Ω	6 A
200 Ω	0,5 A
100 Ω	2 A

Aufgabe 263 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)
Berechne aus den Angaben in der Tabelle jeweils die Stromstärke I. Welchen Zusammenhang erkennst Du aus den Ergebnissen in einer Zeile, in einer Spalte und in der Hauptdiagonalen ?

R	U	20 V	40 V	80 V
5 Ohm
10 Ohm
20 Ohm

Aufgabe 264 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)
Berechne im Kopf, wie groß der elektrische Widerstand eines Gerätes sein muss, damit bei den gegeben Spannungen die entsprechenden Ströme fließen.

	a	b	c	d	e
bei einer Spannung von	12 V	24 V	1,5 V	230 V	380 V
fließt ein Strom von	3 A	2 A	0,5 A	10 A	10 A
Widerstand

bei einer Spannung von	fließt ein Strom von	Widerstand
12 V	3 A
24 V	2 A
1,5 V	0,5 A
230 V	10 A
380 V	10 A

Aufgabe 265 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)
Jeder Stommesser hat selbst einen elektrischen Widerstand.
a) Ist dadurch in einem Stromkreis mit einem Strommesser die Stromstärke etwas größer oder kleiner als in demselben Stromkreis ohne Strommesser?
b) Wie weicht dadurch der bei der Berechnung des elektrischen Widerstandes erhaltene Wert vom wahren Wert ab?

Aufgabe 266 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)
An zwei metallischen Leitern wurden folgende Werte gemessen. Ergänze die fehlenden Werte. (Die Temperatur der Leiter ändert sich nicht)

Leiter 1		Leiter 2
U in V	I in A	U in V	I in A
10	0,4	20	0,4
40		5
	1,2		0,2
	2,0		0,3

Aufgabe 267 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)
Ein Spannungsmesser hat einen Innenwiderstand von 40 kOhm. Welcher Strom fließt durch das Messgerät bei einer anliegenden Spannung von 3,6 V?

Aufgabe 268 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)
An einem Widerstand wurden folgende Werte gemessen:

U in V	0	2	3	4	5	6	7
I in mA	0	154	234	310	392	468	546

U in V	I in mA
0	0
2	154
3	234
4	310
5	392
6	468
7	546

a) Zeichne für dieses Experiment eine Schaltung.
b) Zeige, dass für diesen Widerstand das Ohmsche Gesetz gilt.
c) Wie groß ist der Widerstand?
d) Der Widerstand besteht aus einen Konstantandraht mit 0,7 mm² Querschnitt. Wie lang ist der Draht?
e) An den Draht wird eine Spannung von 20V angelegt. Wie groß ist der fließende Strom?

Aufgabe 269 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)
Durch eine Glühlampe fließt bei einer Spannung von 6 V ein Strom von 150 mA. Wie groß ist der Widerstand der Glühlampe?
Bei einer Spannung von 2 V fließt ein Strom von 70 mA. Wie groß ist der Widerstand jetzt. Erklären Sie, warum ein und die selbe Glühlampe unterschiedliche Widerstände hat.

Aufgabe 270 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)
Worin besteht der Unterschied zwischen dem Ohmschen Gesetz U~I und der Widerstandsdefinition R = U/I? (bei konstanter Temperatur)

Aufgabe 271 (Elektrizitätslehre, Metalle, Flüssigkeiten, Gase)
Ein Kupferdraht des Durchmessers 1,5 mm wird vom Strom der Stärke 20 A durchflossen. Berechnen Sie die Driftgeschwindigkeit der Elektronen.
Hinweis: Die Bewegung der Elektronen wird als gleichförmig angenommen, jedes Kupferatom gibt ein wanderungsfähiges Elektron ab. Ein Mol Kupfer enthält 6,022*10²³ Atome, es besitzt die Masse 0,0635 kg. Sie müssen auch die Dichte von Kupfer berücksichtigen.

Aufgabe 272 (Elektrizitätslehre, Metalle, Flüssigkeiten, Gase)
Erklären Sie, warum in reinem Wasser kein Stromfluss möglich ist.
In reinem Wasser wird Kochsalz aufgelöst. Beschreiben Sie den nun möglichen Leitungsvorgang und die dabei ablaufenden chemischen Prozesse.

Aufgabe 273 (Elektrizitätslehre, Metalle, Flüssigkeiten, Gase)
Eine Kupferplatte von 200 cm³ Oberfläche soll einen Silberüberzug von 0,030 mm Dicke erhalten.
a) Welches Volumen hat diese Silberschicht?
b) Wie groß ist ihre Masse? (Dichte 10,5 g/cm³)
Hinweis: 1 C scheidet 1,118 mg Silber ab.
c) Wie lange dauert der Vorgang, wenn die Stromstärke höchstens 0,8 A betragen darf? (Bei zu großen Stromstärken haftet der Überzug nicht fest.)

Aufgabe 274 (Elektrizitätslehre, Metalle, Flüssigkeiten, Gase)
Erklären Sie, warum in einem Gas, in dem der Druck viel kleiner ist als der Luftdruck, ein Strom fließen kann!

Aufgabe 275 (Elektrizitätslehre, Vakuum)
Zeichnen Sie eine Elektronenstrahlröhre, benennen Sie die Teile und erklären Sie die Wirkungsweise.
Nennen Sie eine Anwendung der Elektronenstrahlröhre.

Aufgabe 276 (Elektrizitätslehre, Halbleiter)
Beschreiben Sie ein Experiment, mit dessen Hilfe man unterscheiden kann, ob ein Stoff ein metallischer Leiter oder ein Halbleiter ist.

Aufgabe 277 (Elektrizitätslehre, Halbleiter)
Was bedeutet bei einem Halbleiter n-leitend?

Aufgabe 278 (Elektrizitätslehre, Halbleiter)
Zeichnen Sie eine GRAETZ-Gleichrichterschaltung und erklären Sie die Wirkungsweise.

Aufgabe 279 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
a) Um die Eigeninduktivität einer Spule zu messen, legt man zuerst die Gleichspannung 4 V an; es fließt ein Strom von 0,1 A.
Bei der effektiven Wechselspannung 12 V, 50 Hz sinkt die Stromstärke auf 30 mA.
a) Erklären Sie, warum die Stromstärke bei Wechselspannung kleiner wird.
b) Berechnen Sie die Induktivität der Spule.
c) Wie groß ist die Phasenverschiebung? Zeichnen Sie ein Zeigerdiagramm.

Aufgabe 280 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Schaltung

Ein ohmscher Widerstand mit 250 Ohm, ein Kondensator 1,2 µF und eine Spule 1,8 H sind in Reihe an einer Wechselspannung von 40 V/ 50 Hz angeschlossen. Die Spannung über dem Widerstand beträgt 4,8 V und über der Spule 10,7 V. Wie groß ist die Spannung über dem Kondensator? (Der ohmsche Widerstand der Spule wird vernachlässigt)

Aufgabe 281 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)

Ein Widerstand und eine Spule sind in Reihe geschaltet (Abbildung).
a) Entscheiden Sie, ob die Schaltung als Hochpass oder Tiefpass arbeitet. Begründen Sie Ihre Entscheidung.
b) Bei der Grenzfrequenz der Schaltung beträgt die Phasenverschiebung zwischen der Eingangs- und Ausgangsspannung 45°. Leiten Sie die Gleichung für diese Grenzfrequenz als Funktion von R und L her.

Aufgabe 282 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
In einem Experiment wird der Widerstand eines Kondensators im Gleich- und im Wechselstromkreis bestimmt.
Was ergibt der Vergleich beider Widerstände?
Erklären Sie den Unterschied.
Wie ändert sich das Ergebnis, wenn ein Kondensator größerer Kapazität verwendet wird? Begründen Sie Ihre Aussage.

Aufgabe 283 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Ein Kondensator soll bei Netzspannung (230 V, 50 Hz) als Vorwiderstand für eine Glühlampe mit den Betriebsdaten U = 6,3 V und I = 0,1 A verwendet werden.
a) Welchen Vorteil bietet die Verwendung eines Kondensators an Stelle eines Ohmschen Widerstandes?
b) Welche Kapazität muss der Kondensator haben?
c) Wie groß ist die Spannung über dem Kondensator?

Aufgabe 284 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Ein Kondensator (20 µF), eine Spule (0,2 H) und eine Lampe (100 Ohm) liegen parallel an 20 V, 50 Hz. Bestimmen Sie mit Hilfe eines Zeigerdiagramms den durch die Schaltung fließenden Gesamtstrom.

Aufgabe 285 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
1.Eine Spule mit L = 0,44 H und dem ohmschen Widerstand R = 500 Ohm wird mit einem Kondensator in Reihe an eine Spannungsquelle U_eff = 16 V geschaltet. Bei einer Frequenz f₀ = 350 Hz ist die Stromstärke im Stromkreis maximal. Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators und die Effektivwerte der Teilspannungen an Kondensator und Spule.
2. Nun wird zusätzlich eine Glühlampe (R = 200 Ohm) mit der Spule und dem Kondensator in Reihe geschaltet. (Der Widerstand der Lampe kann als konstant betrachtet werden). Wie groß ist die Stromstärke jetzt?

Aufgabe 286 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Ein Kondensator mit der Kapazität 4,0 µF und ein Drahtwiderstand von 1,2 kOhm sind in Reihe geschaltet und an eine Wechselspannungsquelle mit konstanter Effektivspannung sowie der ursprünglichen Frequenz f₁ = 0,10 kHz angeschlossen. Bei welcher neuen Frequenz f₂ beträgt die Effektivstromstärke nur noch die Hälfte ihres ursprünglichen Wertes?

Aufgabe 287 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
An eine Spule mit R = 1000 Ohm und 0,5 H Induktivität legt man die effektive Spannung 10 V mit 1,0 kHz und 10 kHz Frequenz an.
a) Wie verhalten sich die Ströme?
b) Wie verhielten sie sich bei R = 0?

Aufgabe 288 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Eine Glühlampe ist in einem Wechselstromkreis in Reihe geschaltet mit
a) einem Ohmschen Widerstand R
b) einem Kondensator mit der Kapazität C = 10µF
c) einer Spule mit der Eigeninduktivität L = 27mH
d) einem Schwingkreis mit der Kapazität C = 10uF und der Eigeninduktivität L = 27mH.
Wie wirkt sich eine kontinuierliche Erhöhung der Frequenz f von 10 Hz auf 10kHz am Wechselspannungsgenerator auf die Leuchtstärke der Lampe aus? Die Spannungsamplitude am Generator ist konstant.

Aufgabe 289 (Elektrizitätslehre, Leistung und Leistungsfaktor)
Erklären Sie, warum bei Elektromotoren, die mit Wechselstrom betrieben werde, parallel zum Motor ein Kondensator geschaltet wird.

Aufgabe 290 (Elektrizitätslehre, Leistung und Leistungsfaktor)
Erklären Sie, warum man beim Anschluss einer Spule im Wechselstromkreis zwischen Wirk- und Scheinleistung unterscheiden muss.

Aufgabe 291 (Elektrizitätslehre, Leistung und Leistungsfaktor)
Ein Motor läuft bei 220V, 50 Hz mit 3,0 A und dem Leistungsfaktor cos Phi = 0,8. Welche Kapazität müsste ein parallel gelegter Kondensator haben, damit die Phasenverschiebung kompensiert wird?

Aufgabe 292 (Elektrizitätslehre, Leistung und Leistungsfaktor)
Ein elektrisches Gerät gibt bei Anschluss an eine 110 V-Wechselspannung eine mechanische Leistung von 450 W ab. Dabei fließt ein Strom von 5,3 A. Berechnen Sie die Schein-, Wirk- und Blindleistung. Geben Sie den Leistungsfaktor und den Phasenwinkel an.

Aufgabe 293 (Elektrizitätslehre, Leistung und Leistungsfaktor)
Schaltung

Die Abbildung zeigt einen Wechselstromkreis, für den folgende Werte gegeben sind:
Formel

Der Innenwiderstand des Strommessers sei zu vernachlässigen.
a) Berechne Sie die Effektivstromstärke I_eff, die am Strommesser ablesbar ist.
b) Bestimmen Sie den Winkel Schaltung

der Phasenverschiebung.
c) Wie groß ist die Wirkleistung P_W im Stromkreis?
d) Welche Wärmemenge Q gibt der Stromkreis je Minute an die Umgebung ab?

Aufgabe 294 (Elektrizitätslehre, Leistung und Leistungsfaktor)
Welcher Strom fließt in der Zuleitung zu einem Motor, der bei einem Leistungsfaktor von 0,75 und der Spannung 230 V eine Leistung von 1,3 kW hat?

Aufgabe 295 (Elektrizitätslehre, Leistung und Leistungsfaktor)
Eine Drosselspule hat einen ohmschen Widerstand von 5 Ohm und eine Induktivität von 0,2 H. Wie groß ist bei 50 Hz der Leistungsfaktor?

Aufgabe 296 (Elektrizitätslehre, Leistung und Leistungsfaktor)
In einem Werk wird durch Zuschalten von Kondensatoren der durchschnittliche Leistungsfaktor von 0,75 auf 0,92 verbessert. Um welchen Faktor vermindert sich dadurch die Stromwärmeverluste in der Zuleitung, wenn die Wirklast die gleiche bleibt.

Aufgabe 662 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
Rohre

Zwei völlig gleiche Dauermagneten beginnen zur gleichen Zeit durch zwei Rohre zu fallen. Die Rohre sind im Aufbau fast identisch und unterscheiden sich nur im Material: das eine Rohr ist als Glas und das andere aus Kupfer. Die Innendurchmesser der Rohre sind etwas größer als der Durchmesser der Magneten.

Wie fallen sie unten aus den Rohren heraus?
a) Der Magnet im Kupferrohr kommt eher an.
b) Beide Magnete kommen gleichzeitig an.
c) Der Magnet im Glasrohr kommt eher unten an.

Aufgabe 664 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

Vervollständige die Schaltpläne so, dass eine Reihen- und eine Parallelschaltung entstehen.
Baue die beiden Schaltungen auf und beantworte folgende Fragen:

1. Bei welcher Schaltung leuchten die Lampen heller?
2. Was passiert, wenn eine Lampe herausgedreht wird?
3. Wieviel Wege findet der Strom?
4. Nenne eine Anwendung für jede Schaltung.

Aufgabe 675 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)

Eine Pappröhre ist mit mehreren Windungen Kupferdraht umwickelt, die an einer konstanten Spannungsquelle angeschlossen sind. Im Innern der Spule entsteht durch den fließenden Strom ein homogenes Magnetfeld der Flussdichte B.

Nun wird mit weiterem Draht der gleichen Qualität die Windungszahl der Spule verdoppelt. Die Spannung bleibt konstant.
Wie ändert sich die Flussdichte B im Innern der Spule?
a) Sie vervierfacht sich.
b) Sie verdoppelt sich.
c) Sie halbiert sich.
d) Sie viertelt sich.
e) Sie ändert sich garnicht.

Aufgabe 676 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)
magnet

Was passiert, wenn man einen Stabmagneten, der einen Nord- und einen Südpol hat, genau in der Mitte seiner Länge durchtrennt.
a) Beide Teile haben ihre magnetische Kraft verloren.
b) Man hat einen Nordpol und einen Südpol.
c) Man hat wieder zwei Magnete mit je einem Nordpol und einem Südpol.
d) Der eine Teil verliert seine magnetische Kraft und der andere Teil ist so stark wie der gesamte Magnet vorher.

Aufgabe 677 (Elektrizitätslehre, Halbleiter)

In einer Reihenschaltung aus zwei Glühlampen, zwei Schaltern und einer 6V-Wechselspannungsquelle sind die Lampen und Schalter wie in der Abbildung zu sehen mit Dioden überbrückt.
Was zu beobachten, wenn der Schalter S1 geschlossen wird?
a) keine Lampe leuchtet
b) nur Lampe L1 leuchtet
c) nur Lampe L2 leuchtet
d) beide Lampen leuchten.

Aufgabe 681 (Elektrizitätslehre, Trafo)

Erkläre, warum der Eisenkern eines Trafos aus einzelnen Blättern besteht und nicht aus einem Stück gegossen wird.

Aufgabe 684 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
motor

Ein Gleichstrommotor, ein Strommesser und eine Gleichspannungsquelle sind in Reihe geschaltet. Die Spannungsquelle wird eingeschaltet. Der Rotor des Motors wird zuerst am Drehen gehindert. Am Strommesser ist eine bestimmte Stromstärke abzulesen.
Jetzt wird der Rotor freigegeben, er beginnt sich zu drehen.
Wie verändert sich die Stromstärke?
a) Sie wird kleiner, denn im Rotor tritt eine Induktionsspannung auf, die dem ursprünglichen Stromfluß entgegenwirkt.
b) Sie bleibt gleich, denn es wird der Strom durch die Spulen des Rotors gemessen und die verändern sich nicht.
c) Sie wird größer, denn der Rotor gewinnt an kinetischer Energie und dazu muß zusätzliche Energie zugeführt werden.

Aufgabe 692 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
platte

Vor einer senkrecht stehenden Kondensatorplatte (z.B. 20 cm*20 cm) hängt in einem Abstand von etwa 2 cm an einem langen Faden gut isoliert eine elektrisch neutrale Metallkugel. Die Platte wird an einen Pol einer Hochspannungsquelle angeschlossen (z.B. Influenzmaschine) und aufgeladen. Was passiert?
a) Die Kugel bewegt sich in Richtung Platte, berührt sie und bewegt sich dann von der Platte weg.
b) Die Kugel bleibt ruhig hängen.
c) Die Kugel bewegt sich in Richtung Platte und bleibt an ihr haften

Aufgabe 695 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
lampe

Warum leuchtet die Glühwendel in der Glühlampe, nicht aber die geraden Zuleitungen rechts und links zur Glühwendel?
a) Die Glühwendel besteht aus einem anderen Material.
b) Die Glühwendel ist ein sehr dünner Draht.
c) Durch die Windungen heizen sich die benachbarten Windungen gegenseitig auf.
d) In der Glühwendel ist der Strom größer.

Aufgabe 696 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
magnet

Im Stromkreis eines Elektromagneten ohne den oberen Teil des Kernes liegt mit der Batterie B das normal brennende Lämpchen L in Reihe. Was ist zu beobachten, wenn der obere Teil des Kernes schnell auf den unteren Teil gelegt wird?

a) Die Glühlampe leuchtet für eine kurze Zeit dunkler.
b) Die Glühlampe verändert ihre Helligkeit nicht
c) Die Glühlampe leuchtet für eine kurze Zeit heller.

Aufgabe 700 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

In der Schaltung ist R2 genau so groß wie R3 und R1 doppelt so groß wie R2. Der Spannungsmesser zeigt den Betrag der Spannung an.
Bei geöffnetem Schalter ist am Spannungsmesser ein bestimmter Wert abzulesen. Nun wird der Schalter geschlossen. Wie ändert sich der Wert am Spannungsmesser?
a) Er wird kleiner.
b) Er bleibt gleich.
c) Er wird größer.

Aufgabe 701 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
In einem Wasserstoffatom umkreist ein Elektron ein Proton. Zwischen den Teilchen wirken die Gravitationskraft und die elektrostatische Anziehungskraft. In welchem Verhältnis stehen diese beiden Kräfte? (Der Abstand Elektron-Proton beträgt 10^-10 m)

Aufgabe 702 (Elektrizitätslehre, Ladungen)

Zwei aufgeblasene Luftballons werden nebeneinander aufgehängt, so dass sie sich gerade berühren. Beide Ballons werden nun gleich stark negativ aufgeladen, so dass durch die Abstoßungskraft zwischen beiden Ballons ein Abstand von etwa 15 cm besteht.
Danach führt man eine elektrisch neutrale Hand in den Zwischenraum hinein, ohne einen der beiden Ballons zu berühren. Was ist zu beobachten?
a) Es passiert gar nichts.
b) Die Ballons bewegen sich zu der Hand hin.
c) Die Ballons bewegen sich von der Hand fort.

Aufgabe 703 (Elektrizitätslehre, Halbleiter)
Eine Halbleiterdiode ist mit einer Glühlampe in Reihe an einer Gleichspannungsquelle in Durchlassrichtung geschaltet, die Glühlampe leuchtet. Jetzt wird die Gleichspannungsquelle durch eine Wechselspannungsquelle gleicher Spannung ersetzt. Was ist an der Glühlampe zu erkennen? a) Die Glühlampe leuchtet nicht.
b) Die Glühlampe leuchtet, aber dunkler als an der Gleichspannungsquelle.
c) Die Glühlampe leuchtet genau so hell wie an der Gleichspannungsquelle.

Aufgabe 712 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Zeichnen Sie die Schaltungen für alle acht möglichen Kapazitäten, die man mit den Kondensatoren C₁=300 pF, C₂=500 pF und C₃=1 nF schalten kann.
Berechnen Sie für jede Schaltung die Gesamtkapazität.

Aufgabe 751 (Elektrizitätslehre, Drehbewegung)
rad

Vater und Sohn sind mit dem Rad unterwegs, der eine mit einem 28er, der andere mit einem 22er Rad. Als es dunkel wird, schalten beide ihre Lampen an, indem sie ihren Dynamo an das Vorderrad andrücken. Wie verhalten sich die Helligkeiten der Lampen zueinander, wenn beide gleich schnell fahren und identische Lichtanlagen haben?
a) Das Licht an dem großen Rad ist heller.
b) Das Licht an dem kleinen Rad ist heller.
c) Die Lichter sind gleich hell.

Aufgabe 769 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
Es sind vier Widerstände mit den Werten 3,0 Ohm, 4,0 Ohm, 5,0 Ohm und 6,0 Ohm parallel geschaltet. Wie groß muss ein einzelner Widerstand sein, der diese Widerstände ersetzt und bei konstanter Spannung einen Strom gleicher Stärke hindurchlässt?

Aufgabe 770 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
Es stehen drei Leiter mit je 2 Ohm Widerstand zur Verfügung. Wie sind diese zu schalten, damit der Gesamtwiderstand der Schaltung 3 Ohm beträgt?

Aufgabe 771 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
led"

Zwei Leuchtdioden sind in der mit einem Festwiderstand und einem Regelwiderstand entsprechend der Abbildung geschaltet. Was ist zu beobachten, wenn am Regelwiderstand hin- und hergedreht wird?
a) Die beiden Leuchtdioden ändern gleichzeitig in gleicher Weise ihre Helligkeiten.
b) An der Helligkeit der beiden Leuchtdioden ändert sich nichts.
c) Die Leuchtdioden ändern wechselseitig ihre Helligkeiten.

Aufgabe 772 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Für einen einfachen Detektor-Empfänger wird der veränderliche Kondensator im Schwingkreis aus zwei CD gebastelt. Die CDs werden dazu mit Alu-Folie beklebt, die wiederum zur Isolation mit einer Schicht Folie versehen ist. Durch diese Folie beträgt der Abstand der beiden CDs 0,5 mm. Eine CD hat einen Durchmesser von 12 cm und die Folie verdoppelt die Kapazität gegenüber einer gleichstarken Luftschicht.
a) Welche Kapazität in pF hat dieser Kondensator?
b) Wie ändert sich Kapazität, wenn man eine weitere Folienschicht mit 0,5 mm Dicke zwischen die Platten schiebt? Begründen Sie Ihre Aussage.

Aufgabe 775 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
Ein mit der Spannung U=1000 V beschleunigtes Elektron durchläuft in einem homogenen Magnetfeld mit der Stärke B eine Kreisbahn mit dem Radius r_e = 30 cm.
a) Mit welcher Geschwindigkeit verlässt das Elektron die Beschleunigungsstrecke?
b) Welchen Radius r_He hat die von einem Heliumkern beschriebene Kreisbahn, wenn der Kern mit der gleichen Spannung wie das Elektron beschleunigt wird und sich im gleichen Magnetfeld bewegt? (Masse des Heliumkerns m_He= 6,65 * 10^-27 kg).

Aufgabe 776 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Ein Kondensator mit der Kapazität C₁ = 4 µF ist an ein Voltmeter vernachlässigbarer Kapazität angeschlossen.
Der Kondensator wird aufgeladen und dann von der Spannungsquelle getrennt. Das Voltmeter am geladenen Kondensator zeigt die Spannung U₁ = 320 V an. Wird nun ein ungeladener Kondensator unbekannter Kapazität C₂ zum geladenen Kondensator parallel geschaltet, sinkt die Anzeige am Voltmeter auf U₂ = 195 V ab. Welche Kapazität hat der zweite Kondensator?

Aufgabe 777 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
roehre

Die Abbildung stellt eine Elektronenstrahlröhre mit einem magnetischen Ablenksystem von quadratischem Querschnitt mit der Seitenlänge s = 3 cm dar. Das homogene magnetische Feld verläuft senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elektronen und hat eine magnetische Flussdichte von 20 mT.
a) Welche Geschwindigkeit haben die Elektronen des Elektronenstahls, wenn die Anodenspannung 12 kV beträgt?
Die relativistische Massenveränderlichkeit bleibe unberücksichtigt.
b) Berechnen Sie die kinetische Energie eines Elektrons in eV, nachdem es die Beschleunigungsspannung durchlaufen hat.
c) Wie groß ist der Radius der innerhalb des Magnetfeldes verlaufenden Kreisbahn der Elektronen?
d) Bei der Veränderung der Anodenspannung ändert sich auch der Radius der Kreisbahn der Elektronen.
Stellen Sie den Radius dieser Kreisbahn als Funktion der Beschleunigungsspannung grafisch dar. (0 <= U <= 15 kV)
Welcher Zusammenhang besteht zwischen den beiden Größen?
Tragen Sie auch Ihre in c) und e) berechneten Werte in das Diagramm ein.
e) Bei welcher Anodenspannung verläuft der das Magnetfeld verlassende Elektronenstrahl senkrecht zum eintretenden Elektronenstrahl?

Aufgabe 778 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)

Mit einem Flussdichtemessgerät wird die Stärke eines Dauermagneten am linken Pol des Magnetes gemessen. Am Ort der Messsonde beträgt die Flussdichte 70,5 mT.
Nun wird, ohne den Ort der Sonde zu verändern, ein zweiter, gleichstarker Magnet am rechten Pol angefügt, so dass sich die entgegensetzten Pole berühren.
Was zeigt das Messgerät jetzt an?
a) Es zeigt deutlich weniger an.
b) Es zeigt etwa den gleichen Wert wie im 1. Experiment an.
c) Es zeigt deutlich mehr an.

Aufgabe 779 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
schaltung

Eine Wechselspannungquelle 6V, eine Diode, ein Widerstand 100 Ohm und ein Strommesser sind in Reihe geschaltet. Der Strommesser zeigt einen bestimmten Wert an.
Nun wird ein Kondensator von etwa 50 µF parallel zu dem Widerstand geschaltet. Was zeigt der Strommesser jetzt an?
a) Er zeigt einen konstanten, größeren Strom.
b) Er zeigt die gleiche Stromstärke an.
c) Er zeigt einen konstanten, kleineren Strom.

Aufgabe 798 (Elektrizitätslehre, Spulen)
Eine Spule wird nacheinander an 6,0V Gleich- bzw. Wechselspannung angeschlossen. Es fließen Ströme mit Stärken von 150 mA bzw. 9,5 mA. Berechnen Sie den ohmschen Widerstand der Spule und ihre Induktivität bei Netzfrequenz.
Entscheiden Sie, ob der ohmsche Widerstand der Spule vernachlässigt werden kann.

Aufgabe 799 (Elektrizitätslehre, Spulen)
Die Induktivität einer Spule wird durch Spannungs-Stromstärke-Messungen bestimmt. Zunächst werden im Gleichstromkreis die Spannung 12 V und die Stromstärke 1,1 A gemessen. Im Wechselstromkreis beträgt bei der Spannung 12 V und der Frequenz 50 Hz die Stromstärke 200 mA.
Berechnen Sie die Induktivität der Spule .

Aufgabe 800 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Der Zusammenhang zwischen der Kapazität eines Plattenkondensators und dem Plattenabstand wird untersucht. Zu diesem Zweck wird eine Spannung von 320 V an die Kondensatorplatten angelegt und jeweils die Ladung des Kondensators bestimmt. Zwischen den Platten befindet sich Luft, das Feld zwischen ihnen ist homogen.
Es ergaben sich folgende Messwerte:

Abstand in cm	3,00	3,50	4,00	5,00	6,00	7,00
Ladung in nC	2,97	2,55	2,23	1,78	1,48	1,27

Abstand in cm	Ladung in nC
3,00	2,97
3,50	2,55
4,00	2,23
5,00	1,78
6,00	1,48
7,00	1,27

a) Berechnen Sie aus den Messwerten jeweils die Kapazität.
b) Welche Abhängigkeit der Kapazität vom Plattenabstand legen die Tabellenwerte nahe? Überprüfen Sie Ihre Vermutung.
c) Der Plattenkondensator hat kreisförmige Platten mit dem Radius 10,0 cm. Berechnen sie aus den Messwerten einen Mittelwert für die elektrische Feldkonstante .

Aufgabe 801 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
roehre

Die Abbildung zeigt schematisch den Aufbau einer Vakuumröhre. Die Katode K ist ein Metallplättchen, das durch eine unmittelbar dahinter liegende Glühwendel geheizt wird. Die beiden quadratischen Ablenkplatten P_u und P_o mit der Kantenlänge 4,0 cm sind so angeordnet, dass die kleine Öffnung in der Anode A genau in der Verlängerung der Mittelachse des Plattenpaares liegt. Der Plattenabstand beträgt 1,0 cm. Eine ebene Glasplatte mit Leuchtschicht bildet den Abschluss der Röhre.

a) Die Gleichspannung U_A wird zunächst so angelegt, dass der Pluspol an A liegt. Bei U_A = 200 V ist ohne Ablenkspannung am Ort M auf der Leuchtschicht ein Lichtpunkt zu erkennen. Bei diesem Wert von U_A kann die Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen beim Verlassen von K vernachlässigt werden.
* Zeigen Sie, dass die Elektronen die Stelle M mit der Geschwindigkeit erreichen.
Nun wird eine konstante Gleichspannung U_y so an die Ablenkplatten angelegt, dass der Pluspol an der Platte Po liegt.
*Skizzieren Sie die Bahn der Elektronen von der Anode bis zum Leuchtschirm.
Beschreiben Sie für die einzelnen Abschnitte die Art der Bewegung.

Die vorderen Plattenränder haben den Abstand 14 cm von der Leuchtschicht.
* Wie weit ist der Leuchtpunkt von M entfernt, wenn U_y auf 20 V eingestellt ist?

Die Elektronen sollen trotz angelegter Ablenkspannung U_y = 20 V und positiver Platte P_o im Zwischenraum nicht abgelenkt werden. Der Bereich zwischen den Platten wird dazu von einem Magnetfeld durchsetzt.
* Bestimmen Sie den Betrag und die Richtung der magnetischen Feldstärke B.

b) In einem neuen Versuch mit der Vakuumröhre wird die Spannung U_A nach Betrag und Polung verändert. Ein negativer Wert von U_A bedeutet, dass der Minuspol an A liegt. Die Katode wird weiterhin durch die Glühwendel geheizt. Ein Messinstrument zeigt die Stromstärke I_A an, die in Abhängigkeit von U_Anotiert wird.

U_A in V	I_A in µA
-4,0	0,0
-3,9	0,0
-3,8	0,1
-3,0	1,0
-2,0	2,0
0,0	5,0
10	30
20	50
30	58
40	60
50	60

* Zeichnen Sie ein Diagramm für I_A in Abhängigkeit von U_A.
* Beschreiben Sie die verschiedenen Bereiche der Kurve im U_A-I_A-Diagramm.
* Was kann man für die Elektronen aus dem Verlauf der Kurve im Bereich , was im Bereich erschließen?

c) Die Katode wird nun nicht mehr geheizt. Wird K auf der A zugewandten Seite mit gelbem Natriumlicht der Wellenlänge 589 nm beleuchtet, so wird trotzdem ein Strom I_A gemessen. Dieser geht erst dann auf den Wert 0A zurück, wenn die Spannung U_A auf -1,0 V eingestellt wird.
* Wir groß ist die Ablöseenergie bei dieser Katode?
* Bei welcher Spannung U_A geht I_A gerade auf den Wert 0 A zurück, wenn zusätzlich zum gelben Natriumlicht auch blaues Licht der Wellenlänge 436 nm auf K trifft?
* Wie muss die Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes gewählt werden, damit bei dieser Katode ein Fotoeffekt festgestellt werden kann?

Aufgabe 802 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Hochspannungsleitung

Warum wird die Elektroenergie vom Kraftwerk zu den Abnehmern (Industrie, Städte) mit einer möglichst hohen Spannung übertragen?
a) Die Industrie benötigt eine so hohe Spannung für die Maschinen.
b) Es ist im Kraftwerk technisch einfacher, eine so hohe Spannung zu erzeugen.
c) Dadurch wird die Stromstärke kleiner und die Verlustleistung ist gering.

Aufgabe 824 (Elektrizitätslehre, Trafo)
trafo

Ein Trafo besteht aus einem U-Kern, auf den die Primärspule (links) und die Sekundärspule (rechts) gewickelt sind. Die Primärspule ist an einer Wechselspannungsquelle angeschlossen, die Sekundärspule bringt eine Lampe zum Leuchten. In beiden Kreisen werden die Stromstärken gemessen (I1 und I2). Was zeigen die Strommesser an, wenn der über dem U-Kern liegende I-Kern abgenommen wird?
a) I1 und I2 bleiben gleich.
b) I1 und I2 werden kleiner.
c) I1 und I2 werden größer.
d) I1 wird größer und I2 wird kleiner.
e) I1 wird kleiner und I2 wird größer.

Aufgabe 829 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

In der Schaltung hat jeder Widerstand einen Wert von 1 Ohm. Wie groß ist der Widerstand zwischen den Punkten A und B?

Aufgabe 835 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
schaltung

Wie groß ist der Widerstand zwischen den Klemmen A und B, wenn jeder einzelne Widerstand 12 Ohm groß ist?

Aufgabe 836 (Elektrizitätslehre, Trafo)
In einer Schreibtischlampe wird für die Halogenlampe die Netzspannung (230V) von einem Transformator auf 12 V transformiert.
a) Berechnen Sie die Windungszahl der Sekundärspule, damit der Trafo im Leerlauf die gewünschte Spannung abgibt. Die Primärspule hat 1000 Windungen.
b) Wie verändert sich die Sekundärspannung, wenn die Lampe angeschlossen wird?
c) Wie groß ist ungefähr die Stromstärke im Primärkreis bei einer 50 W-Lampe?
d) In welchen Kreis würden sie einen Schalter einbauen, um damit die Lampe ein- und auszuschalten. Begründen Sie Ihre Entscheidung.

Aufgabe 840 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)

Die Netzspannung beträgt in Deutschland nach IEC 60038 230 V +/- 10%.
Ein Wasserkocher wird mit diesen 230 V betrieben und erwärmt in einer bestimmten Zeit eine Menge Wasser bis zur Siedetemperatur.
Um wie viel Prozent steigt die Zeit zum Erwärmen im Vergleich zur Normspannung, wenn die Spannung ihren niedrigsten zulässigen Wert hat. (Der Widerstand der Heizspirale im Wasserkocher soll für diesen Spannungsbereich konstant sein)

Aufgabe 846 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Ein Kondensator mit der Kapazität von 1,0 F wird auf eine Spannung von 3,0 V aufgeladen. Mit ihm wird eine Leuchtdiode betrieben. Wenn die angelegte Spannung zwischen 1,5 V und 3,0 V liegt, leuchtet die Diode mit einer mittleren Leistung von 20 mW. Bei kleineren Spannungen erlischt sie.
Wie lange kann die Leuchtdiode maximal leuchten?

Aufgabe 847 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Eine TV-Anlage, bestehend aus Fernseher, SAT-Receiver, DVD-Player und Video-Recorder, lässt im Stand-By-Betrieb einen Strom von 120 mA fließen. Was kostet der Betrieb der Geräte pro Jahr in diesem Wartezustand, wenn Anlage im Durchschnitt am Tag 3 Stunden zum Fernsehen benutzt wird? Eine Kilowattstunde Elektroenergie kostet etwa 15 Cent.

Aufgabe 848 (Elektrizitätslehre, Spulen)
versuch

Eine rechteckige Rahmenspule hängt an einer Feder mit der Federkonstante 5,0 Nm^-1 und taucht mit dem unteren Teil genau im Luftspalt eines Elektromagneten. Durch die Spule des Magneten fließt ein Strom von 5,0 A. Die Spule selbst besteht aus 500 Windungen und hat eine Länge von 0,20 m. Durch den Strom entsteht im Spalt zwischen Nord- und Südpol ein Magnetfeld der Stärke 0,3 T.
a) Berechnen Sie die relative Permeabilität des Eisens, aus dem der Kern des Magneten besteht.

An die Rahmenspule wird eine Spannung von 2,6 V angelegt, Plus an B und Minus an A. Die Spule wiegt 0,05 kg, besteht aus 500 Windungen und hat einen Widerstand von 260 Ohm. Die Schenkel des Eisenkerns haben einen quadratischen Querschnitt von 5 cm Länge.
b) Wie ändert sich durch das Anlegen der Spannung die Ausdehnung der Feder?

Aufgabe 850 (Elektrizitätslehre, Spulen)

Um die Induktivität L und den ohmschen Widerstand R einer realen Spule zu bestimmen, wird die abgebildete Versuchsanordnung mit U₀ = 6,3 V und R₁ = 1,0 Ohm verwendet.
Nach dem Schließen des Schalters S erscheint auf dem Schirm des Speicheroszilloskops das Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der Spannung an R₁ zeigt.
Bestimmen Sie mithilfe des Diagramms und der anderen Angaben die Spulengrößen R und L.

Aufgabe 859 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Eine Glühlampe 6V/ 2,4 W ist an 5 in Reihe geschaltete Akkus angeschlossen. Jeder Akku hat eine Spannung von 1,2V und Kapazität von 2700 mAh. Wie lange kann die Lampe höchstens leuchten, bis die Akkus leer sind?

Aufgabe 860 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Ein Verlängerungskabel hat einen Widerstand von 0,5 Ohm. Damit wird einmal ein Gerät mit 230 V/100 W und ein anderes Mal ein Gerät mit 12 V/100 W an der jeweils passenden Spannungsquelle betrieben.
Berechnen Sie für beide Fälle die Leistung, die in dem Kabel umgesetzt wird.
Interpretieren sie das Ergebnis.

Aufgabe 863 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
versuch

Zwei kreisförmige Metallplatten mit dem Radius 30 cm, die parallel im Abstand von 10 cm angeordnet sind, bilden einen Plattenkondensator. In der Mitte zwischen den Platten hängt an einem dünnen isolierten Faden von 1,2 m Länge eine kleine, geladene Metallkugel. Die Kugel hat eine Masse von 0,25 g.
a) Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators.

An den Kondensator wird nun eine Spannung von 2,0 kV angelegt, recht Plus und links Minus.
Die Kugel lenkt es darauf hin horizontal um zahl

aus. Influenzeffekte sollen nicht berücksichtigt werden und das Feld im Kondensator kann als homogen betrachtet werden.

b) Ermitteln Sie den Auslenkwinkel Alpha und berechnen Sie mithilfe der Gewichtskraft die elektrische Kraft F_E auf die Metallkugel.
(zur Kontrolle: formel )

c) Wie groß ist die Feldstärke des homogenen elektrischen Feldes zwischen den Kondensatorplatten? Welche Ladung trägt die Metallkugel?
d) Begründen Sie, wie sich die Auslenkung der Kugel ändert, wenn bei konstanter Spannung der ursprüngliche Plattenabstand vergrößert wird.

e) Nun wird der Faden durchgetrennt. Beschreiben Sie qualitativ die Bewegung der Metallkugel innerhalb des Kondensators und begründen Sie ihre Antwort.

Die geladene Metallkugel wird anschließend wieder an den Faden gehängt, doch anstelle der Gleichspannung wird jetzt eine Wechselspannung an die Kondensatorplatten angelegt.
f) Welche Beobachtungen sind jeweils zu erwarten, wenn die angelegte Wechselspannung beginnend bei sehr niedrigen Frequenzen über die Eigenfrequenz des Pendels bis hin zu sehr hohen Frequenzen variiert wird?
Begründen Sie Ihre Antwort ausführlich.

Aufgabe 872 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

Der ideale Strommesser in der Schaltung kann sowohl den Betrag als auch die Richtung des Stromes anzeigen. Bei geöffnetem Schalter zeigt er einen bestimmten Wert an. Wie ändert sich die Anzeige, wenn der Schalter geschlossen wird?
a) kleinerer Betrag, gleiche Richtung
b) kleinerer Betrag, andere Richtung
c) gleicher Betrag, andere Richtung
d) größerer Betrag, gleiche Richtung
e) größerer Betrag, andere Richtung
f) gar nicht

Aufgabe 879 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

Über einer festen Metallplatte M₁ ist auf zwei elastischen, isolierenden Puffern P eine bewegliche, leitende Membran M₂ befestigt. Der aus M₁ und M₂ gebildete Kondensator ist über einen Widerstand formel

eine Gleichspannungsquelle mit formel

angeschlossen. Der Flächeninhalt der Kondensatorplatten beträgt formel

, der Plattenabstand formel

.
a) Berechnen Sie die Ladung Q₀ des Kondensators.
b) Die Membran wird um formel

nach unten bewegt. Zeigen Sie, dass dadurch die zusätzliche Ladung
formel

auf den Kondensator fließt.
c) In einem Zeitintervall formel

wird M₂ um formel

nach unten bewegt. Berechnen Sie mithilfe von Teilaufgabe b die mittlere Stärke des Ladestroms während der Zeit formel

und die mittlere Spannung U₁₂ zwischen den Anschlusspunkten 1 und 2.
d) Begründen Sie, warum die Anordnung als Mikrofon benutzt werden kann.
e) Für den Einsatz in einem Handy müssen am Aufbau Änderungen vorgenommen werden..
Nennen und begründen Sie zwei mögliche Änderungen und erklären Sie, wie sich diese Änderungen auf die Mikrofonspannung U₁₂ auswirken.

Aufgabe 880 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)

Mit der dargestellten Schaltung soll für eine Frequenz von 800 Hz durch Verändern der Kapazität des Kondensators C_x eine Phasenverschiebung zwischen -45° und 45° erreicht werden.
Die Spule hat einen ohmschen Widerstand von 10,0 Ohm und eine Induktivität von 40,0 mH.
Die Kapazität des Festkondensators C beträgt 0,80 µF.
Wie groß müssen Anfangs- und Endkapazität des Kondensators C_x sein?

Aufgabe 881 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
a) Beschreiben Sie mit Hilfe einer einfachen Skizze, wie im Millikan-Versuch mit der Gleichfeldmethode die Ladung eines Öltröpfchens bestimmt werden kann.

b) Leiten Sie die Gleichung für die Bestimmung der Ladung eines Tröpfchens her. Als Messgrößen stehen zur Verfügung:

bild

c) Für drei Tröpfchen wurden für einen Weg s = 0,93 mm folgende Fall- und Steigzeiten gemessen:

Fallzeit t1 in s	11,8	13,5	7,94
Steigzeit t2 in s	13,35	16,8	9,64

Berechnen Sie für jedes Tröpfchen die Ladung.
Es sind noch die folgenden Größen bekannt:

bild

Aufgabe 885 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)
In einem Drehspulmessgerät befindet sich eine drehbar gelagerte Spule, auf der 50 Windungen Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,20 mm aufgewickelt sind. Die Spule hat einen Durchmesser von 30 mm und eine Länge von 10 mm.
Berechnen Sie den elektrischen Widerstand der Spule und die magnetische Flussdichte bei 3,0 V angelegter Gleichspannung, wenn der Eisenkern in der Spule eine relative Permeabilität von 120 hat.

Aufgabe 886 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)

Bei welchen Schaltungen leuchten die beiden Glühlampen?

Aufgabe 887 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)

Ergänze in den beiden Schaltungen die Schaltzeichen für die Messgeräte und schreibe die Werte ran, die sie anzeigen.

Aufgabe 890 (Elektrizitätslehre, Spulen)
An eine Spule wird eine Wechselspannung von 20 V mit variabler Frequenz gelegt. In Abhängigkeit von der Frequenz wird die Stromstärke gemessen:

f in Hz	0	20	50	100
I in A	0,80	0,26	0,11	0,06

a) Stellen Sie die Abhängigkeit der Stromstärke von der Frequenz grafisch dar.
b) Berechnen Sie den ohmschen Widerstand R₀ der Spule.
c) Ermitteln Sie die Induktivität der Spule.
d) Berechnen Sie die Windungszahl der Spule mit dem Querschnitt 5,0 cm² und der Länge 15 cm, die einen Eisenkern mit der relativen Permeabilität 620 besitzt.

(Abi Leistungskurs 1994)

Aufgabe 897 (Elektrizitätslehre, Spulen)

Ein Stromkreis besteht aus einer Reihenschaltung eines Schalters, eine Gleichspannungsquelle von 12 V, einem ohmschen Widerstand von 12 Ohm und eine Spule mit 7 H Induktivität. Zum Zeitpunkt 0s wird der Schalter geschlossen. Zu welcher Zeit hat der fließende Strom ¾ seines Endwertes erreicht?

Aufgabe 898 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

Wie groß ist der Gesamtwiderstand der Schaltung zwischen den Punkten A und B? Jeder der 9 Widerstände hat einen Wert von 6 Ohm.

Aufgabe 899 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)

Die Zuleitung zu einem abgeschalteten Staubsauger ist exakt in der Nord-Süd-Richtung ausgerichtet. Auf der Leitung liegt ein Kompass, dessen Nadel natürlich parallel zur Leitung liegt.
Wohin zeigt die rote Spitze der Nadel, die ursprünglich nach Norden zeigt, nachdem der Staubsauger eingeschaltet wurde?
a) In östliche oder westliche Richtung.
b) Nach Süden.
c) Die Nadel pendelt.
d) Die Nadel dreht sich.
e) Weiterhin nach Norden

Aufgabe 904 (Elektrizitätslehre, Ladungen)

(Bild

von 4)

An den Rand einer Metalltasse werden dünne Streifen aus Alufolie elektrisch leitend aufgeklebt. Ein Teil (im Bild grün) hängt außen herunter und der andere Teil (rot) innen.
Die Tasse wird mit einem elektrisch aufgeladenen Rohr berührt, so dass sie sich selber auflädt. Welche der Streifen bewegen sich nach oben?
a) Keine.
b) Nur die grünen Streifen.
c) Nur die roten Streifen.
d) Die roten und die grünen Streifen.

Aufgabe 911 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
bild

Ein einzelner Widerstand hat einen Wert von 10,0 Ohm. Zu diesem Widerstand sollen zwei gleiche Widerstände R geschaltet werden, so dass sich der Gesamtwiderstand zwischen den Punkten A und B nicht ändert.
Wie groß ist R?

Aufgabe 920 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
Gegeben sind zwei elektrische Widerstände R1 und R2. Dabei ist R2 doppelt so groß wie R1. In welchem Verhältnis stehen die Gesamtwiderstände bei Parallel- und Reihenschaltung?

Aufgabe 927 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

In der Schaltung zeigen die beiden Strommesser die Ströme durch die Widerstände an, I₁ ist kleiner als I₂.
Der Schalter ist geschlossen und überbrückt den Kondensator.
Wie lange dauert es nach dem Öffnen des Schalters, bis die beiden Stromstärken I₁ und I₂ gleich groß sind?

Aufgabe 932 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
spule

Wie groß ist die Windungszahl der Spule?
Zur Bestimmung dieser Größe wird bei einer angelegten Gleichspannung von 6,9 V ein Strom von 46 mA gemessen. Der Draht der Spule besteht aus Kupfer und hat eine Masse von 74 g. Die Spule hat einen Innendurchmesser von 2,1 cm, einen Außendurchmesser von 3,5 cm und ist 4,5 cm lang.
Hinweis zur Massebestimmung: Gemessen wurde die Masse der Spule, wie auf dem Bild zu sehen. Von einer 2. Spule wurde die Masse des Spulenträgers bestimmt und vom ersten Wert abgezogen.

Aufgabe 935 (Elektrizitätslehre, Halbleiter)

1,4 V, die LED leuchtet noch nicht.

(Bild

von 6)

Eine rote LED beginnt zu leuchten, wenn über ihr eine Spannung von 1,6 V anliegt, eine blaue LED beginnt erst bei etwa 2,9 V zu leuchten.
Es werden eine rote und eine blaue LED in Reihe geschalten und die Spannung über beiden solange erhöht, bis beide Licht aussenden. In welcher Reihenfolge gehen sie an?
a) Zuerst die rote LED, deutlich später die blaue LED.
b) Beide gehen etwa gleichzeitig an.
c) Zuerst die blaue LED, deutlich später die rote LED.

Aufgabe 937 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)

Die Schaltung zum Versuch.

(Bild

von 2)

Ein Gleichstrommotor wird über einen Strommesser an einer veränderlichen Spannungsquelle angeschlossen und die Spannung langsam von 0 V nach oben geregelt. Zum Zeitpunkt t_A beginnt sich der Rotor zu drehen.
Welches Diagramm beschreibt den Stromverlauf am besten?
Der Strom steigt bis zum Anlaufen des Rotors und
a) wird dann kleiner und steigt dann wieder.
b) steigt gleichmäßig weiter an.
c) springt dann schnell auf einen deutlich größeren Wert.

Aufgabe 943 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)

Die Lampe 6V/3W

(Bild

von 3)

Eine Glühlampe 6V/3W wird an eine regelbare Spannungsquelle angeschlossen. Sie leuchtet bei einer Stromstärke von 400 mA mit einer bestimmten Helligkeit.
Nun wird die Lampe gegen eine andere mit 6V/6W ausgetauscht und die Spannung so eingestellt, dass wieder 400 mA fließen. Wie verhält sich jetzt die Helligkeit der 6W-Lampe gegenüber der 3W-Lampe?
a) Sie ist deutlich dunkler.
b) Beide leuchten etwa gleich hell.
c) Sie ist deutlich heller.

Aufgabe 948 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

Drei von sieben möglichen Schaltungen.

(Bild

von 3)

Eine 7-Takt-Kochplatte besteht aus drei Heizwiderständen R₁ - R₃, die in 7 verschiedenen Möglichkeiten miteinander verschaltet werden und somit 7 verschiedene Leistungen abgeben können. In der Zeichnung sind drei Schaltungen dargestellt.
Beim Anlegen von 230 V fließen die in den Schaltbildern angegebenen Ströme.
Wie groß ist der Widerstand R₃?

Aufgabe 949 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)

Die Reihenschaltung ohne Messgeräte.

(Bild

von 4)

Ein ohmscher Widerstand, ein Kondensator und eine Spule mit Eisenkern sind in Reihe an einer Wechselstromquelle (50 Hz) angeschlossen. Die Gesamtpannung an der Quelle (U_g) und die Spannung über der Spule werden mit Drehspulmessgeräten gemessen. Wie groß kann die Spannung über der Spule sein?
a) Immer kleiner als U_g.
b) Höchstens genau so groß wie U_g.
c) Größer als U_g.

Aufgabe 951 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)

Der einfache Elektromagnet.

(Bild

von 3)

Um einen 120er Nagel wird eine Lage Draht eng gewickelt. Schließt man die Enden des Drahtes an eine Spannungsquelle an, fließt Strom und der Nagel wird zum Elektromagneten.
Nun wird ein Anschluss abgekniffen und an das abisolierte Ende weiterer Draht der gleichen Sorte leitend angeschlossen.
Der Draht wird entgegen der ursprünglichen Wickelrichtung zum Anfang des Nagels zurück gewickelt, so dass jetzt zwei Lagen Draht auf dem Nagel sind und wieder an der Spannungsquelle angeschlossen.
Wie ändert sich die Stärke des Magnetfeldes durch die zweite Lage Draht?
a) Es wird deutlich schwächer.
b) Es bleibt gleich.
c) Es wird deutlich stärker.

Aufgabe 952 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Interpretieren Sie die Gleichung für den kapazitiven Widerstand
Formel

Aufgabe 953 (Elektrizitätslehre, Trafo)

Ein Trafo macht aus der Netzspannung von 230 V eine Spannung von 6 V. In Japan beträgt die Netzspannung nur 100 V. Wie muss die Primärwicklung eines Trafos für 230 V geändert werden, damit er bei gleicher Sekundärwicklung in Japan wieder 6 V liefert?
a) Sie muss verkleinert werden.
b) Sie kann gleich bleiben.
c) Sie muss vergrößert werden.

Aufgabe 972 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

Die aufgebaute Schaltung.

(Bild

von 2)

Welchen Wert zeigt der rechte Spannungsmesser an?

Aufgabe 973 (Elektrizitätslehre, Spulen)

Die beiden Spulen, auf denen jeweils die gleiche Drahtlänge aufgewickelt wurde. In der Mitte hängt die Spannungsquelle.

(Bild

von 6)

Zwei Drähte mit gleicher Länge werden auf je eine lange und eine kurze Stahlschraube gewickelt. Zwei 1,5 V-Batterien in Reihenschaltung dienen als Spannungsquelle, die aus den Spulen Elektromagnete machen. Zur Messung der Stärke des Magnetes wird mit Hilfe einer Stahlmutter ein leerer Becher zuerst an die lange Schraube gehangen und so lange Wasser eingefüllt, bis er abfällt.
Wie viel Wasser kann in den Becher gefüllt werden, wenn er an dem Elektromagneten hängt, den die kurze Schraube bildet?
a) Deutlich weniger als bei der langen Schraube.
b) Etwa genau so viel.
c) Deutlich mehr als bei der langen Schraube.

Aufgabe 978 (Elektrizitätslehre, Metalle, Flüssigkeiten, Gase)

Vor dem Einfrieren leuchtet die Lampe hell.

(Bild

von 2)

Eine Aufgabe, die mir im Winter 2012/2013 eingefallen ist: Eine Taschenlampe enthält zwei frische Alkali-Mangan-Batterien (LR6, AA oder Mingon) und einer Glühlampe. Wie verhält sich die Taschenlampe bei sehr niedrigen Temperaturen.
Also: Die Anordnung nachgebaut und ausgeschaltet eine Stunde bei -18°C in der Tiefkühltruhe gelagert. Wie leuchtet sofort nach dem Öffnen der Truhe und dem Schließen der Kontakte die Lampe?
a) Deutlich dunkler.
b) Etwa genau so hell.
c) Deutlich heller.

Aufgabe 984 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
Schaltung

Welchen Wert zeigt der Strommesser an.

Aufgabe 987 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Eine Glühlampe 230 V/75 W ist mit einem Kondensator von 6 µF in Reihe geschaltet. An der Schaltung liegt Netzspannung an.
a) Ermitteln Sie den Blindwiderstand und den Scheinwiderstand der Schaltung.
b) Wie groß sind Stromstärke und Spannungen an den Bauteilen?
c) Ermitteln Sie aus dem Zeigerdiagramm die Phasenverschiebung.

Aufgabe 988 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
schaltung

Welche Werte zeigen die Spannungsmesser
a) bei geschlossenem und
b) bei geöffnetem Schalter an.

Aufgabe 991 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
rosetta

Nach über 10 Jahre Flugzeit hat die europäische Raumsonde Rosetta am 12. November 2014 den Lander Philae auf dem Kometen P67/Churyumov-Gerasimenko abgesetzt. Damit hat erstmalig eine Sonde die Oberfläche eines Kometen erreicht.

Zum Zeitpunkt der Landung war der Komet, der von Rosetta umrundet wird, 3,0 AE entfernt. Die elektrische Versorgung der Raumsonde wird von zwei Solarmodulen von jeweils 31 m² Fläche gewährleistet, die einen Wirkungsgrad von 15% haben. Die Module sind drehbar angeordnet, so dass sie sich immer direkt ins Sonnenlicht ausrichten können.
Welche elektrische Leistung steht Rosetta in 3,0 AE Sonnenabstand zur Verfügung?

(Quelle: ESA)

Aufgabe 994 (Elektrizitätslehre, Metalle, Flüssigkeiten, Gase)
Zwei gleichlange aber unterschiedlich dicke Kupferdrähte sind in Reihe an einer Spannungsquelle angeschlossen. Nach dem Einschalten fließt ein starker Strom, die Drähte erwärmen sich und hängen auf Grund der Längenausdehnung bei Erwärmung durch.
Wie verhalten sich Stärken der Durchhängung?
a) Der dünne Draht hängt deutlich stärker durch.
b) Beide Drähte hängen etwa gleich stark durch.
c) Der dicke Draht hängt deutlich stärker durch.

Aufgabe 996 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
schaltung

Nach dem Schließen des Schalters sinkt der Strom nach 11,4 s auf die Hälfte des Anfangswertes. Wie groß ist die Kapazität des Kondensators?

Aufgabe 1001 (Elektrizitätslehre, Ladungen)

Das Salz-Pfeffer-Gemisch

(Bild

von 2)

Auf dem Tisch liegt ein Gemisch aus Salzkörnern und gemahlenem Pfeffer. Ein Tortenheber aus Kunststoff wird an einem Baumwollhandtuch kräftig gerieben und in etwa 2 cm Abstand über das Durcheinander aus Salz und Pfeffer gehalten. Was ist zu beobachten?
a) Salz und Pfeffer springen in gleicher Menge zum Tortenheber.
b) Es springen deutlich mehr Salzkörner als Pfeffer zum Tortenheber.
c) Es springt deutlich mehr Pfeffer als Salz zum Tortenheber.
d) Weder Salz noch Pfeffer springen zum Tortenheber.
e) Sowohl Salz als auch Pfeffer werden unter dem Tortenheber zur Seite weggedrückt.

Aufgabe 1003 (Elektrizitätslehre, Ladungen)

Der Lamettafaden ist ungeladen.

(Bild

von 3)

Über einer gut isoliert befestigten Schraube hängt ein Lamettafaden. Mit Hilfe eines an Baumwolle geriebenen PVC-Abwasserrohres werden die Schraube und der Lamettafaden aufgeladen, so dass die beiden Fäden durch abstoßende Kräfte auseinander gehen. Jetzt nähert man sich mit der ungeladenen Hand vorsichtig der Schraube, ohne das Ladungen überspringen oder dass die Schraube berührt wird. Wie verhält sich der Abstand der unteren Enden des Lamettafadens?
a) Er wird größer.
b) Er ändert sich nicht.
c) Er wird kleiner.

Aufgabe 1007 (Elektrizitätslehre, Trafo)
Eine Spule ist an eine Wechselspannungsquelle von etwa 6 V angeschlossen. Zwei weitere Spulen stehen rechts und links neben der ersten Spule, sind entsprechend der Schaltung miteinander verbunden und an einem Wechselspannungsmesser angeschlossen.
Durch die Spulen wird ein Eisenstab von Position 1 zur Position 2 geschoben geschoben und die Spannung in Abhängigkeit vom Weg gemessen.
Aufbau

Welches Diagramm beschreibt den Spannungsverlauf am besten?
Diagramme

Aufgabe 1013 (Elektrizitätslehre, Spulen)
Schaltung

Eine luftgefüllte Spule wird an einer Spannungsquelle mit veränderbarer Frequenz angeschlossen. Bei einer Frequenz von 200 Hz und eine Spannung von 4,60 V fließen 23,0 mA durch die Spule. Erhöht man die Frequenz auf 500 Hz, steigt die Spannung auf 5,20 V und der Strom sinkt auf 15,0 mA. Wie groß ist der ohmsche Widerstand der Spule?

Aufgabe 1029 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
Drei Widerstände mit den Werten
formel

werden so geschaltet, dass sich ein Gesamtwiderstand von formel

ergibt.
Entscheiden Sie ohne Berechnungen, welche der folgenden Schaltungen verwendet werden muss und begründen Sie Ihre Entscheidung.

Schaltung a)

Schaltung b)

Schaltung c) schaltung a

Schaltung d) schaltung a

Aufgabe 1031 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

Beide Strommesser zeigen die gleiche Stromstärke an.

(Bild

von 3)

Ein Glühlampe ist mit zwei Strommessern in Reihe geschaltet. Beide Strommesser sind auf den gleichen Messbereich von 0,3 A eingestellt und zeigen die gleiche Stromstärke an.
Nun wird der Messbereich des rechten Strommessers auf 3 A erhöht. Wie ändert sich die Anzeige am linken Strommesser?
a) Er zeigt weniger an.
b) Er zeigt die gleiche Stromstärke an.
c) Er zeigt mehr an.

Aufgabe 1039 (Elektrizitätslehre, Ladungen)

Elektronen dringen durch eine Öffnung in der positiven Platte in das homogene Feld eines Plattenkondensators ein und durchlaufen die in der Abbildung dargestellte Bahn. Der Eintrittswinkel beträgt 45°, die Spannung am Kondensator beträgt 1,0 kV und die Platten haben den Abstand 10,0 cm.
Hinweis: Abbildung nicht maßstäblich.
a) Falls formel

ist, wird die Gewichtskraft eines Elektrons bei den weiteren Untersuchungen vernachlässigt.
Weisen Sie rechnerisch nach, dass diese Bedingung erfüllt ist.
b) Die Elektronen durchlaufen im Kondensator eine parabelförmige Bahn. Eintritts- und Austrittsgeschwindigkeit haben denselben Betrag.
Begründen Sie jeweils ohne zu rechnen.
c) Die Geschwindigkeit der Elektronen beträgt unmittelbar vor dem Eintritt in das Feld formel

.
Ermitteln Sie den maximalen Abstand der Elektronen von der positiven Platte und berechnen Sie die minimale kinetische Energie eines Elektrons.

Aufgabe 1041 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)

(Abi-Leistungskurs 2004)
Eine quadratische Leiterschleife (Kantenlänge 2,0 cm) wird gemäß der Abbildung gleichförmig mit der Geschwindigkeit 2,0 cm/s in x-Richtung durch ein homogenes, zeitlich konstantes und örtlich begrenztes Magnetfeld der Stärke 0,10 T bewegt.
Zum Zeitpunkt t=0 s befindet sich der untere Abschnitt der Schleife am Ort x=0.
Zeichnen Sie das U_ind(t) – Diagramm für das Zeitintervall 0s bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die Leiterschleife das Magnetfeld wieder vollständig verlassen hat. Stellen Sie die Zwischenschritte Ihrer Berechnungen dar.

Aufgabe 1042 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
diagramm

(Grundkurs 2009)
In einer 30 cm langen mit Luft gefüllten Spule 1 mit 4500 Windungen befindet sich eine Spule 2 mit 60 Windungen und der Querschnittsfläche 18 cm². Die Längsachsen der Spulen liegen parallel zueinander. Die Spule 1 ist an einer veränderbaren Spannungsquelle angeschlossen und der durch sie fließende Strom kann gemessen werden. Über der Spule 2 wird die Spannung gemessen.
Der Strom durch Spule 1 ist im I(t)-Diagramm dargestellt. Zeichnen Sie das zugehörige U_ind(t)-Diagramm.

Aufgabe 1046 (Elektrizitätslehre, Spulen)

Die Induktivität einer Spule soll unter Nutzung eines Kondensators und einer Diode ermittelt werden.
a) Zunächst wird mit Schaltung 1 die Kapazität des Kondensators bestimmt.
Der verwendete Kondensator besteht aus zwei im Abstand von d = 2,0 mm parallel angeordneten Metallplatten der Fläche A = 10 cm². Der Raum zwischen den Platten ist vollständig durch eine isolierende Kunststoffscheibe gefüllt.
Der Kondensator wird an eine Spannungsquelle angeschlossen, ein am Kondensator angeschlossenes Spannungsmessgerät zeigt die Spannung U₁ = 56 V an. Nun wird die Spannungsquelle abgeklemmt und die Kunststoffscheibe entfernt. Das Spannungsmessgerät zeigt jetzt die Spannung U₂ = 98 V an.
Begründen Sie, dass U₂> U₁ gilt und berechnen Sie die Kapazität des mit der Kunststoffscheibe ausgefüllten Kondensators.

b) Unter Nutzung von Schaltung 2 sowie der bei a) ermittelten Kapazität wird nun die Induktivität der Spule bestimmt.
Der Schalter S wird geöffnet.
erklären Sie, weshalb der Spannungsmesser jetzt eine Spannung U anzeigt.
Welche Seite (bezogen auf die Abbildung) des Kondensators trägt den Minuspol?
Die Energie des magnetischen Feldes der Spule wird vollständig in Energie des elektrischen Feldes des Kondensators umgewandelt. Leiten Sie eine Gleichung zur Berechnung der Induktivität der Spule aus U, I und C her.

Hinweis: Der Ohmsche Widerstand der Spule wird nicht berücksichtigt.
Dioden lassen in Sperrrichtung praktisch keinen Stromfluss durch. Deshalb ist der Kondensator vor dem Öffnen des Schalters nicht geladen.

Aufgabe 1047 (Elektrizitätslehre, Ladungen)

Ein Elektron tritt parallel zu den Feldlinien in ein homogenes elektrisches Feld eines Plattenkondensators ein, der Plattenabstand d beträgt 10,0 cm, die anliegende Spannung 5,00 V.
Die maximale Entfernung des Elektrons von der positiven Platte beträgt s = 2,30cm.
Wie groß ist die Geschwindigkeit, die das Elektron im Moment des Eintritts in das Feld hat.

Aufgabe 1049 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)

Ein homogenes Magnetfeld der Flussdichte 50 mT ist auf den in der Figur gekennzeichneten Bereich beschränkt; die Feldlinien verlaufen senkrecht zur Zeichenebene. Im Magnetfeld befindet sich eine Spule mit 100 Windungen mit quadratischer Querschnittsfläche (parallel zur Zeichenebene, Seitenlänge 10 cm), die mit der konstanten Geschwindigkeit von 5,0 cm/s nach rechts aus dem Magnetfeld herausgezogen wird.
Die Beobachtung der Bewegung beginnt, wenn der rechte Rand der Spule gerade 5,0 cm vom rechten Rand des Magnetfeldes entfernt ist.
a) Zeigen Sie, dass es während der Bewegung zu einer Induktionsspannung von 25 mV kommt.
b) Stellen Sie den zeitlichen Verlauf der in der Spule induzierten Spannung für

in einem U(t)-Diagramm dar.
c) Wenn die Anschlüsse der Spule mit einem ohmschen Widerstand von 50 Ohm verbunden werden, wirkt auf die Spule eine Kraft.
Geben Sie die Richtung dieser Kraft an.
Berechnen Sie die Größe dieser Kraft.

Aufgabe 1051 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)

In ein homogenes Magnetfeld taucht teilweise ein Leiterrahmen aus Kupfer mit der Breite b ein, der isoliert an einem auf Null gestellten, empfindlichen Kraftmesser hängt.
Wird an die Anschlüsse A₁ und A₂ eine Gleichspannung angelegt, so wirkt auf den Leiterrahmen bei geeigneter Polung eine nach unten gerichtete Kraft.
a) Geben Sie die Polung an.
b) Es werden zwei Messreihen aufgenommen:
1. Bei einem Leiterrahmen der Breite 80 mm wird die Kraft in Abhängigkeit von der Stromstärke gemessen:

I in A	2,0	4,0	6,0	8,0
F in 10^-4 N	3,4	6,8	10,3	13,7

2. Nun wird die Kraft auf den Leiterrahmen bei verschiedenen Breiten gemessen. Die Stromstärke beträgt dabei immer 10A.

b in mm	80	40	20
F in 10^-4 N	17,1	8,6	4,2

Zeigen Sie, dass die Kraft direkt proportional zum Produkt aus der Stromstärke und der Rahmenbreite ist.
Ermitteln Sie den Wert des Proportionalitätsfaktors.
c) Der gleiche Versuch wird nun in einem stärkeren Magnetfeld durchgeführt. Wie ändert sich der Proportionalitätsfaktor im Vergleich zum ersten Versuch.
d) Nach Abtrennung der Gleichspannungsquelle werden die Anschlüsse A₁ und A₂ über einen Spannungsmesser verbunden. Die vom Magnetfeld der Flussdichte 2,1 mT durchsetzte Teilfläche hat einen Flächeninhalt von 100 cm². Welche Spannung wird gemessen, wenn das Magnetfeld innerhalb von 1,0 ms gleichmäßig auf Null geregelt wird?

Aufgabe 1052 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
versuch

Ein Strahl aus Protonen unterschiedlicher Geschwindigkeit tritt in das elektrische Feld eines Plattenkondensators ein. Der gesamte Raum rechts von der Lochblende L₂ wird von einem homogenen Magnetfeld durchsetzt. Am anderen Ende des Kondensators befindet sich ein Auffangschirm mit der Lochblende L₃.
a) Erklären Sie, warum man durch geeignete Wahl der beiden Felder erreichen kann, dass nur Protonen einer bestimmten Geschwindigkeit den Kondensator geradlinig durchfliegen können und dann nach unten abgelenkt werden.
Geben Sie die dazu die Orientierung des magnetischen Feldes und die Polung des Kondensators an.
b) Die Geschwindigkeit der geradlinig durchfliegenden Protonen beträgt 5,15 ∙ 10⁵ m/s, die Flussdichte hat eine Größe von 75,0 mT.
Berechnen Sie die Feldstärke im Kondensator
c) In welcher Entfernung vom Loch der L₃ treffend die Protonen auf den Schirm auf?
d) Verkleinert man die Kondensatorspannung unter Beibehaltung der magnetischen Flussdichte, so ändert sich die in Aufgaben b berechnete Entfernung des Auftreffpunktes.
Begründen Sie diese Veränderung und geben Sie an, wie sich die Lage des Auftreffpunktes ändert.

Aufgabe 1060 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
schaltung

Wie groß ist der Gesamtwiderstand der 10 Teilwiderstände zwischen den Punkten A und B?

Aufgabe 1065 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
fussbodenheizung

In einem Haus sind in der Dusche, im Badezimmer und in der Küche elektrische Fußbodenheizungen eingebaut.
Der Schaltplan zeigt die Heizung in Dusche und Bad. Jede Heizung ist ein Widerstandsdraht, der warm wird, wenn Strom durchfließt.
a) Im Boden der Dusche ist der Widerstand von 100 Ohm eingebaut. Welche Leistung wird
produziert, wenn nur die Dusche eingeschaltet ist?
b) Im Bad sind zwei Widerstände zu je 30 Ohm im Fußboden eingelassen. Mit welcher Leitung wird der Badezimmerfußboden beheizt?
c) Im Boden der Küche sind drei gleiche, parallel geschaltete Widerstande eingebaut.
Diese Heizung erzeugt eine Leistung von 1,3 kW. Wie groß ist einer der drei Widerstände?

Aufgabe 1067 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
Was ist eine Kennlinie?
Mit welcher Schaltung nimmt man eine Kennlinie auf. Wie sehen Kennlinien aus?

Aufgabe 1071 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
versuch

Die Abbildung zeigt drei dünne Metallplatten mit je einer kleinen Bohrung im Mittelpunkt. Auf der linken Seite tritt ein Elektron mit einer Anfangsgeschwindigkeit v senkrecht zu den Platten in den Kondensator ein und fliegt durch die Anordnung hindurch.
Welches der vier folgenden Diagramme gibt den Zusammenhang zwischen der kinetischen Energie des Elektrons und der Flugstrecke s am besten wieder.

Aufgabe 1076 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

Die nebenstehende Schaltung wird mit einer Gesamtspannung von 3,5 V betrieben und es fließt ein Gesamtstrom von 0,05 A. Weiterhin sind bekannt, dass R₁ 30 Ohm und R₂ 20 Ohm groß sind. Durch den Widerstand R₃fließt der Strom I₃ von 0,04 A.
Wie groß ist der Gesamtwiderstand der Schaltung?
Wie groß sind die Teilspannungen über den Widerständen?
Wie groß ist der Strom durch den Widerstand R₄?
Wie groß ist der Widerstand R₄?

Aufgabe 1084 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
schaltung

a) Welchen Wert I₁ zeigt der Strommesser an?
b) Der Widerstand von 10 Ohm wird durch einen 100-Ohm-Widerstand. Wie ändert sich dadurch der Strom I₂? Begründen Sie ohne eine Berechnung die Entscheidung.

Aufgabe 1103 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

Die elektrische Kraft auf die obere Platte ist beim ungeladenen Kondensator 0N.

(Bild

von 3)

Ein Kondensator besteht aus zwei horizontal angeordneten Metallplatten, zwischen denen sich Luft befindet. Die untere Platte ist fest angeordnet, die obere Platte befindet sich an einem empfindlichen Kraftmesser, der im spannungslosen Zustand der Platten auf 0 N eingestellt ist.
Wird an den Kondensator eine Spannung angelegt, wirkt zwischen den Platten eine anziehende Kraft, die der Kraftmesser anzeigt. Nun wird, ohne den Kondensator von der konstanten Spannungsquelle zu trennen, zwischen die Platten eine PVC-Scheibe geschoben. Was zeigt der Kraftmesser im Vergleich zur reinen Luftfüllung jetzt an?
a) Er zeigt eine kleinere Kraft an.
b) er zeigt in etwa die gleiche Kraft an.
c) Er zeigt eine größere Kraft an.

Aufgabe 1105 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
bild

Elektronen werden durch die Spannung U_B beschleunigt und treten mit der Geschwindigkeit formel

ein zur Zeichenebene senkrechtes, homogenes Magnetfeld ein (im Bild grau).
Nach Durchlaufen eines Viertelkreises mit 10 cm Radius treten die Elektronen in x-Richtung in einen Plattenkondensator mit 8,0 cm Plattenabstand ein. Die Anordnung befindet sich im Vakuum.
a) Berechnen Sie die Größe der Beschleunigungsspannung.
b) Bestimmen Sie die Flussdichte des Magnetfeldes und geben Sie seine Richtung an. (zur Kontrolle: B=0,34 mT)
c) Die Elektronen fliegen mit der oben angegebenen Geschwindigkeit v₀ in den Kondensator hinein. Begründen Sie, warum sich die Geschwindigkeit nicht geändert hat.

d) Die Spannung zwischen den Kondensatorplatten ist so eingestellt, dass sich die Elektronen geradlinig parallel zu den Platten bewegen.
Berechnen Sie die Größe der Spannung zwischen den Platten. Geben Sie die Polung der Spannung an.
e) Nun wird der Plattenabstand bei konstant gehaltener Spannung U etwas vergrößert. Wie ändert sich dadurch die Bewegung der Elektronen im Kondensator. Begründen Sie Ihre Aussage.

Aufgabe 1107 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
(LK 2017, ohne Hilfsmittel)
Eine offene Leiterschleife befindet sich in einem homogenen Magnetfeld der Flussdichte B. Die Feldlinien durchsetzen die von der Leiterschleife umschlossene Fläche senkrecht. Der zeitliche Verlauf ist im B(t)-Diagramm dargestellt.
Zwischen den Enden der Leiterschleife wird die Induktionsspannung gemessen. Skizzieren Sie den Graphen der zugehörigen Funktion U_ind(t) in das nachfolgende Koordinatensystem.

Aufgabe 1110 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

Ein Lämpchen (6,0 V; 1,2 W) ist zusammen mit zwei Widerständen mit den Werten formel

und

entsprechend der nebenstehenden Schaltung in einen Stromkreis eingebaut. Die Spannungsquelle ist so eingestellt, dass das Lämpchen bei geschlossenem Schalter mit seinen Nenndaten betrieben wird.
a) Berechnen Sie die erforderliche Spannung der Quelle bei geschlossenem Schalter.
b) Was kann man am Lämpchen beobachten, wenn der Schalter geöffnet wird? Begründen Sie Ihre Antwort.

Aufgabe 1112 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
solarkraftwerk

Das Solarturmkraftwerk „Planta Solar 10“ ist Europas erstes kommerzielles Solarturmkraftwerk. Es befindet sich in der Nähe von Sevilla (Spanien) und ging im März 2007 in Betrieb. 624 nachführbare Spiegel reflektieren das Sonnenlicht und bündeln es auf einen Absorber in der Turmspitze. Dort wird Wasserdampf erzeugt, der dann über eine Turbine Generatoren antreibt.
das Kraftwerk hat eine maximale elektrische Leistung von 11 MW und stellt im Jahr etwa 23,4 GWh elektrische Energie bereit.
a) Geben Sie die Energieumwandlungskette des Kraftwerks von der Sonnenenergie bis zur elektrischen Energie an.
b) Der Absorber hat einen Wirkungsgrad von 92%. Erklären Sie daran die Begriffe Wirkungsgrad und Energieentwertung.
c) Ein Haushalt benötigt jährlich durchschnittlich 3800 kWh an elektrischer Energie. Wie viele Haushalte könnten durch das Kraftwerk versorgt werden?
Warum ist es nicht möglich, die Haushalte direkt an das Kraftwerk anzuschließen und so ihren Energiebedarf vollständig durch Sonnenenergie zu decken?
d) Die Investitionen für den Bau von „Planta Solar 10“ betrugen 35 Millionen Euro. Die laufenden Betriebskosten werden mit jährlich 0,70 Millionen Euro angegeben.
In welchem Jahr sind die Gesamtkosten (für den Bau und den laufenden Betrieb) erwirtschaftet, wenn der Energiepreis 27 Cent pro Kilowattstunde beträgt?
e) Berechnen Sie die Fläche eines einzelnen der 624 Spiegel, wenn durch die Sonne eine Strahlungsenergie von 1,7 MWh pro Jahr und Quadratmeter zugeführt wird und der Wirkungsgrad der gesamten Anlage bei 18% liegt.
(Bildquelle: Wikipedia)

Aufgabe 1113 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)
In einem Experiment wird für einen Draht die Stromstärke in Abhängigkeit von der Spannung gemessen.
Dabei ergeben sich folgende Messwerte:

U in V	0	1,0	2,0	4,0	6,0	9,0
I in A	0	0,07	0,14	0,24	0,29	0,31

a) Stellen Sie die Messwerte in einem I(U)-Diagramm dar.
b) Interpretieren Sie den Verlauf der Kurve.
c) Aus welchem Material könnte der Draht bestehen?
d) Das Experiment wird wiederholt, aber der Draht durch eine Kühlung auf Raumtemperatur gehalten. Zeichnen Sie in das Diagramm die Kurve, die jetzt aufgenommen wird in einer anderen Farbe.

Aufgabe 1114 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)

In einem Kraftwerk wird die Generatorspannung von 18 kV durch einen Transformator mit einem Wirkungsgrad von 98% auf 380 kV hochtransformiert. Die Stromstärke in der Fernleitung beträgt 0,90 kA.
a) Zeigen Sie durch eine Berechnung, dass der Generator eine Leistung von 0,35 GW bereitstellt.
b) Berechnen Sie die Stromstärke, die im Generator fließt.
c) Die Fernleitung hat einen Widerstand von 20 Ohm. Bestätigen Sie durch eine Berechnung, dass in der Fernleitung dadurch 16 MW nutzlos verbraten werden.
d) Der Trafo am Ende der Fernleitung, der die Hochspannung wieder herunter transformiert, hat ebenfalls einen Wirkungsgrad von 98%.
Wie groß ist der Gesamtwirkungsgrad der Fernübertragung?

Aufgabe 1117 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
Der Generator eines Kraftwerks liefert bei einer Gesamtleistung von 15,0 MW eine Spannung von 3,80 kV. Die elektrische Energie wird über eine Fernleitung zu einem 80,0 km entfernten Versorgungsgebiet transportiert. Der elektrische Widerstand der Fernleitung beträgt 16,0 Ohm.
Die Spannung wir vor der Übertragung auf 380 kV hochtransformiert. Der Trafo hat einen Wirkungsgrad von 95%.
a) Zeichnen Sie eine Schaltskizze für die Energieübertragung vom Kraftwerk bis zum Versorgungsgebiet und beschriften Sie die Teile.
b) Berechnen Sie die Stromstärke in der Fernleitung und die an der Fernleitung abfallende Spannung. Berechnen Sie die Verlustleistung in der Fernleitung. Was bewirkt diese Verlustleistung?
c) Wie groß ist die elektrische Leistung, die dem Versorgungsgebiet zur Verfügung steht, wenn der zweite Trafo, der die Spannung reduziert, auch einen Wirkungsgrad von 95,0% besitz?
d) Berechnen Sie den gesamten Wirkungsgrad der Energieübertragung.

Aufgabe 1126 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

In einer Schaltung aus 5 Kondensatoren wird über dem linken, unteren Kondensator eine Spannung von 4,8 V gemessen. Wie groß ist die Spannung über dem rechten, oberen Kondensator?

Aufgabe 1128 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
Auf einer zylindrischen Spule mit 10 cm Länge und 10 cm Durchmesser sind 300 Windungen Draht aufgewickelt.
Durch die Spule fließt ein Strom von 6 A Stärke, der innerhalb von 200 ms abgeschaltet wird. Wie groß ist die in der Spule auftretende Selbstinduktionsspannung?

Aufgabe 1129 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
gewitter

(GK Bayern, 1998)
Eine positiv geladene Wolke in 400 m Höhe bildet zusammen mit dem Erdboden einen Plattenkondensator (Fläche einer „Platte“ 8,0 km²).
Zwischen Wolke und Erde herrscht die Feldstärke formel

, die so hoch ist, dass eine Entladung durch die Luft (Blitz) unmittelbar bevorsteht.
a) Wie groß ist die Spannung zwischen der Wolke und dem Boden?
b) Zeigen Sie, dass sich auf der Wolke eine Ladung von 8,5 C befindet.
c) Welche Ladung müsste ein kugelförmiges Wassertröpfchen mit 2,0 mm Durchmesser haben, wenn es vor Entladung der Wolke zwischen dieser und der Erde bei Windstille gerade schweben würde?
(Der Auftrieb in Luft ist zu vernachlässigen.)
d) Wie lange würde die Entladung der Wolke dauern, wenn die mittlere Stromstärke des Blitzes 4,0 kA betragen würde?
e) Noch bevor es zu einer Entladung kommt, drückt ein Fallwind die Wolke auf eine niedrigere Höhe herab. Die Ladung der Wolke bleibe dabei konstant.
Wie ändert sich qualitativ die elektrische Feldstärke zwischen Wolke und Erde? Wird eine Entladung der Wolke dadurch wahrscheinlicher?
Geben Sie eine kurze Begründung.
Bildquelle: https://www.ddpix.de/

Aufgabe 1131 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
wagen

(Realschule Bayern, 2003)
In einem Versuch entsprechend nebenstehender Skizze bewegt sich ein Wagen aus Kunststoff reibungsfrei im Streckenabschnitt [AF].
Im Streckenabschnitt [AB] bewegt sich der Wagen mit konstanter Geschwindigkeit auf ein homogenes Magnetfeld zu, dessen Magnetfeldlinien senkrecht zu der massiven Kupferplatte auf dem Wagen verlaufen.
a) Beschreiben Sie die Änderung der Geschwindigkeiten des Wagens vom Eintauchen der Kupferplatte in das Magnetfeld (Position B) bis zum vollständigen Verlassen des Magnetfeldes (Position F).
b) Begründen Sie Ihre Antwort aus a.

Aufgabe 1132 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
induktionsherd

Bei einer Induktionskochstelle befindet sich unter einer Glaskeramikplatte eine Spule, die an einer Wechselspannungsquelle mit sehr großer Frequenz angeschlossen ist.
Auf die Glaskeramikplatte wird ein mit Wasser gefüllter Topf aus Gusseisen gestellt.
a) Begründen Sie die Erwärmung des
Wassers im Topf nach dem Schließen des Schalters.
b) Warum muss die Spannungsquelle eine Wechselspannung mit hoher Frequenz liefern?
c) Was ist zu beobachten, wenn man auf die Glaskeramikplatte bei geschlossenem Schalter ein mit Wasser gefülltes Gefäß aus feuerfestem Glas stellt? Begründen Sie Ihre Antwort.

Aufgabe 1136 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
dehnungsstreifen

(Realschule Bayern 2016)
Dehnungsmessstreifen sind Bauteile zur Kraftmessung. Durch Verformung ändert sich die Länge und die Querschnittsfläche des Leiters und somit dessen Widerstand.
Die dadurch bedingte Änderung der Stromstärke im Leiter ist ein Maß für die Kraftwirkung.
a) Begründen Sie, wie sich der Widerstandswert eines Leiters ändert, wenn sich seine Länge vergrößert und seine Querschnittsfläche verringert.
b) Berechnen Sie die prozentuale Widerstandsänderung eines Leiters, wenn sich seine Leiterlänge um 25 % vergrößert und dabei seine Querschnittsfläche um 20 % abnimmt.
c) Bei einer angelegten Spannung von 0,60 V fließt durch einen 75 cm langen Leiter aus Konstantan ein Strom der Stärke 0,15 A.
Berechnen Sie die Querschnittsfläche des Leiters.

Aufgabe 1137 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)
schaltung

(Realschule Bayern, 2016)
In einem Versuch entsprechend nebenstehender Schaltskizze zeigt das Spannungsmessgerät bei geöffnetem Schalter die Ruhespannung U₀ einer Batterie an.
Nach dem Schließen des Schalters wird der Widerstand Ra schrittweise verringert. Es ergeben sich folgende Messwerte:

I in A	0,80	1,60	2,00	3,00	4,30	5,10
U_B in V	4,0	3,5	3,3	2,7	1,8	1,4

a) Stellen Sie die Betriebsspannung U_B in Abhängigkeit von der Stromstärke I graphisch dar.
b) Entnehmen Sie dem Diagramm aus a) die Ruhespannung U₀ und die Kurzschlussstromstärke I_K der Batterie.
c) Bestimmen Sie rechnerisch den Wert des Innenwiderstands R_ider Batterie.

Aufgabe 1139 (Elektrizitätslehre, Magnetfeld)

Die Pole eines Magneten sind so geformt, wie auf der Abbildung zu sehen. In dem Magnetfeld, das sich zwischen den Polen ausbildet, befindet sich ein kleiner Dauermagnet, der in senkrechter Richtung verschiebbar ist.
Wie bewegt er sich?
a) nach oben
b) gar nicht
c) nach unten

Aufgabe 1141 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Legt man an eine Reihenschaltung aus ohmscher Widerstand R und Kondensator C eine Eingangsspannung U₁ und greift die Ausgangsspannung U₂ entweder über dem Kondensator oder über dem Widerstand ab, so hat man einen frequenzabhängigen Spannungsteiler. Der Abgriff über den Kondensator heißt RC-Tiefpass, der über dem Widerstand RC-Hochpass, weil im ersten Fall nur die tiefen Frequenzen, im zweiten Fall nur die hohen Frequenzen übertragen werden.
a) Geben Sie für Hoch- und Tiefpass das Verhältnis von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung U₂/U₁ als Funktion der Frequenz an.
Zeichnen Sie für C = 10 nF und R = 120 kOhm die Frequenzkurve, d.h. die Abhängigkeit des Verhältnisses U₂/U₁ von der Frequenz f.
b) Bei der Grenzfrequenz f_g sind ohmscher und kapazitiver Widerstand gleich groß. Berechnen Sie diese Frequenz für den Hoch- und den Tiefpass. Welchen Wert hat das Spannungsverhältnis U₂/U₁ für diese Frequenz?

Aufgabe 1142 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Legt man an eine Reihenschaltung aus einem ohmschem Widerstand R und Spule L eine Eingangsspannung U₁ und greift die Ausgangsspannung U₂ entweder über der Spule oder über dem Widerstand ab, so hat man einen frequenzabhängigen Spannungsteiler. Der Abgriff über der Spule heißt LC-Hochpass, der über dem Widerstand LC-Tiefpass, weil im ersten Fall nur die hohen Frequenzen, im zweiten Fall nur die tiefen Frequenzen übertragen werden.
a) Geben Sie für Hoch- und Tiefpass das Verhältnis von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung U₂/U₁ als Funktion der Frequenz an.
Zeichnen Sie für L = 0,1 H und R = 1 kOhm die Frequenzkurve, d.h. die Abhängigkeit des Verhältnisses U₂/U₁ von der Frequenz f.
b) Bei der Grenzfrequenz f_g sind ohmscher und induktiver Widerstand gleich groß. Berechnen Sie diese Frequenz für den Hoch- und den Tiefpass.

Aufgabe 1148 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
Für ein Experiment mit der Elektronenstrahlröhre stehen die im Bild gezeigten Geräte zur Verfügung.

Die Elektronen sollen mit einer Spannung von 3 kV beschleunigt werden und im Kondensator mit 2,5 kV auf die gekrümmte Bahn gezwungen werden.
a) Zeichnen sie in der Schaltung alle fehlenden Verbindungen und die Anzeigewerte der Messgeräte ein.
b) Berechnen Sie die Geschwindigkeit, mit der die Elektronen in den Kondensator eintreten.
c) Die Skaleneinteilung des Gitters im Kondensator ist jeweils 1 cm groß. Berechnen Sie die Zeit, die die Elektronen benötigen, um den Kondensator in seiner ganzen Länge zu durchfliegen, wenn an ihm keine Spannung anliegt.
d) Wie ändert sich diese Zeit, wenn eine Spannung anliegt und die Elektronen nicht auf eine der Platten stoßen? Begründen Sie ihre Antwort.
e) Lesen Sie aus der Zeichnung ab, wie weit die Elektronen beim Durchfliegen des Kondensators nach oben abgelenkt werden.
f) Berechnen sie die zu erwartende Ablenkung und bestimmen Sie den prozentuale Abweichung vom Messwert.
g) Geben Sie an, welche qualitativen Abweichungen der beiden Spannungen zu diesem Fehler führen.

Aufgabe 1150 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Auf der Suche nach neuen Elementarteilchen werden im größten Teilchenbeschleuniger des Europäischen Kern- und Teilchenforschungszentrums CERN, dem LHC (Large Hadron Collider), Protonen auf zwei gegenläufigen Bahnen nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht.
a) Nachdem zunächst aus Wasserstoff einzelne Protonen herausgelöst wurden, werden diese in einem als homogen angenommenen elektrischen Feld mit einer Spannung von 90 kV beschleunigt.
Berechnen Sie die damit erreichte Geschwindigkeit und geben Sie an, um wie viel Prozent der Lichtgeschwindigkeit es sich dabei handelt.
b) Bevor es zur Kollision kommt, werden die Teilchen fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Ermitteln Sie die elektrische Abstoßungskraft, wenn zwei Protonen nur noch 1,0 μm voneinander entfernt sind.
c) Stellen Sie die Abhängigkeit der elektrischen Abstoßungskraft F(r) vom Abstand der beiden Protonen im Bereich von 0,1 μm bis 1,0 μm grafisch dar. Entwickeln Sie dazu eine geeignete Wertetabelle (5 Wertepaare).
Geben Sie den mathematischen Zusammenhang zwischen dem Abstand r und der Coulombkraft F an.

Aufgabe 1151 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)

In den vier Schaltungen ist jeweils ein ohmscher Widerstand mit einer Spule oder einem Kondensator verknüpft. Die Spule hat einen so kleinen ohmschen Widerstand, dass er vernachlässigt werden kann.
Mit einer Schaltung wurden zwei Experimente gemacht, die die folgenden Ergebnisse lieferten.

Legt man an die Schaltung eine Gleichspannung an, beträgt der Gesamtwiderstand der Schaltung 50 Ohm.
Legt man an die Schaltung eine Wechselspannung an, so beträgt der Gesamtwiderstand der Schaltung nur noch 30 Ohm.

Mit welcher Schaltung wurde experimentiert?

Aufgabe 1157 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Schaltung

Ein Kondensator und ein ohmscher Widerstand werden parallel an eine sinusförmige Wechselspannung der Frequenz 20 Hz angelegt. Der Scheinwiderstand wird zu 180 Ohm gemessen. Die Ströme durch Kondensator und ohmschen Widerstand verhalten sich wie
Formel

Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators und die Größe des ohmschen Widerstandes.

Aufgabe 1160 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
(GK Bayern, 2004)
Ein Plattenkondensator mit quadratischen Platten der Kantenlänge s=14cm und dem Plattenabstand s₁=20mm wird an eine Gleichspannungsquelle mit U₁=80V angeschlossen. Nachdem der Kondensator geladen ist, wird er von der Spannungsquelle getrennt.
a) Zeigen Sie, dass die Ladung auf einer Platte 6,9 × 10^-10 C beträgt.
b) Der Plattenabstand wird nun auf d₂=15mm verringert. Wie groß ist jetzt die Spannung U₂, die zwischen den Plattengemessen werden kann?
c) Berechnen Sie die Änderung formel

der im Kondensator gespeicherten elektrischen Feldenergie infolge der Änderung des Plattenabstands von d₁ auf d₂.

Aufgabe 1161 (Elektrizitätslehre, Schwingkreis)
Ein Kondensator wird an einer Gleichspannungsquelle aufgeladen, von der Quelle getrennt und über einen ohmschen Widerstand entladen.
Danach wird er an der gleichen Quelle nochmals aufgeladen und über eine Spule entladen. Die Spule hat einen nicht zu vernachlässigbaren ohmschen Widerstand.
Zeichen Sie für jeden Entladungsvorgang qualitativ das Q(t)-Diagramm.

Aufgabe 1162 (Elektrizitätslehre, Schwingkreis)
(GK Bayern 2003)
Ein ungedämpfter elektromagnetischer Schwingkreis schwingt mit der konstanten Frequenz von 1,5 kHz. Er wird induktiv mit einem weiteren elektromagnetischen Schwingkreis gekoppelt, der aus einer Spule der Induktivität 20 mH und einem Drehkondensator besteht, dessen Kapazität zwischen 0,31 µF und 1,30 µF variiert werden kann.
Untersuchen Sie durch geeignete Rechnung, ob hier der Resonanzfall eintreten kann.

Aufgabe 1163 (Elektrizitätslehre, Schwingkreis)
In einem Versuch wird ein Schwingkreis mit einem Kondensator veränderlicher Kapazität aufgebaut. Zur Bestimmung der Induktivität werden die folgenden Messwerte aufgenommen.

C in nF	1,00	1,25	1,67	2,50	5,00
f in kHz	728	666	576	458	329

a) Stellen Sie den Zusammenhang formel

in einem Diagramm dar.
b) Welcher Zusammenhang besteht zwischen den beiden Größen? Begründen Sie den Verlauf mithilfe der Thomsonschen Schwingungsgleichung.
c) Bestimmen Sie mithilfe des Diagramms die Induktivität.

Aufgabe 1164 (Elektrizitätslehre, Schwingkreis)
Eine lang gestreckte Spule ohne Eisenkern besitzt N Windungen, die gleichmäßig auf einen zylindrischen Spulenkörper mit dem Radius r und der Länge formel

gewickelt sind. Ihr ohmscher Widerstand ist so klein, dass er vernachlässigt werden kann.
Durch einen Schleifkontakt ist es möglich, beliebige Teillängen x der Spule abzugreifen. Der abgegriffene Teil der Spule bildet zusammen mit einem parallel geschalteten Kondensator der Kapazität C einen ungedämpften elektromagnetischen Schwingkreis.
a) Zeigen sie, dass in einem Schwingkreis, der mit seiner Eigenfrequenz schwingt, die ideale Spule und der Kondensator den gleichen Wechselstromwiderstand haben.
b) Für verschiedene Teillängen x der Spule wird jeweils die Eigenfrequenz f₀(x) des Schwingkreises gemessen.

x in cm	25,0	20,0	15,0	10,0
f₀(x) in kHz	25,3	28,3	32,7	40,0

Zeigen Sie, dass diese Wertepaare im Rahmen der Messgenauigkeit die Gleichung
formel

erfüllt und berechnen Sie den Faktor k in der Einheit m/s².
c) Leiten Sie mithilfe der Thomson-Gleichung her, dass gilt:
formel

Aufgabe 1165 (Elektrizitätslehre, Schwingkreis)
Ein elektromagnetischer Schwingkreis besteht aus einer Spule mit der Induktivität 47,0µH und einem Kondensator mit der Kapazität 2,86 nF.
a) Berechnen Sie die Eigenfrequenz des Schwingkreises.
b) Nennen Sie zwei Möglichkeiten, die Eigenfrequenz zu halbieren

Aufgabe 1179 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Zwei gleichgroße Kugeln K₁ und K₂ tragen jeweils die gleiche Ladung +Q. Sie sind im Abstand von 20,0 cm voneinander fest aufgestellt und stoßen sich mit der Kraft von 10µN ab.
Mit einer dritten ungeladenen, gleich großen Kugel K₃ wird zunächst K₁ berührt. Danach wird die Kugel K₃ zur Kugel K₂ geführt und berührt auch diese. Zum Ende des Experimentes wird die Kugel K₃ genau in der Mitte zwischen den beiden äußeren Kugeln ebenfalls fest aufgestellt.

a) Welche Ladungen tragen die die einzelnen Kugeln am Ende des Experimentes, wenn keine Ladungen durch Schmutzeffekte verschwunden sind?
b) Wie groß ist die resultierende Kraft, die auf die Kugel K₃ wirkt? In welche Richtung wirkt diese Kraft?

Aufgabe 1180 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

An einem Plattenkondensator liegt eine Spannung von 1 kV. Der Plattenabstand beträgt 50 mm.
Ein kleines Plastikkügelchen mit einer Masse von 2 µg, dessen Oberfläche leitend ist, wird auf die untere Platte gelegt. Das Kügelchen nimmt dabei eine Ladung von formel

auf.
a) Das Kügelchen wird frei gegeben. Wie groß ist der Betrag der elektrischen Feldkraft, die auf das Kügelchen wirkt?
b) Vergleichen Sie diese Kraft mit der Gewichtskraft des Kügelchens.
c) Nach welcher Zeit trifft das Kügelchen auf die gegenüberliegende Platte auf?
d) Mit welcher Geschwindigkeit trifft das Kügelchen auf?
e) Stellen Sie die zugehörige Energiebilanz auf und zeigen Sie, dass der Energieerhaltungssatz gilt.

Aufgabe 1181 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

Die beiden Platten eines Kondensators sind an einer variablen Spannungsquelle angeschlossen. Der Abstand der beiden Platten ist veränderbar und kann gemessen werden.
Die obere Platte hängt an einem Kraftmesser, der bei einer Spannung von 0V eine Kraft von 0N anzeigt.

Es werden nun acht Messungen durchgeführt, so dass sich die folgende Messreihe ergibt:

Messung Nr.

U in 10³V

4,5

4,0

3,5

3,0

4,5

6,0

7,5

4,5

d in 10^-3m

4,0

6,0

8,0

10,0

F in 10^-3N

196

155

119

a) Bei bestimmten Messungen wurden planmäßig eine Größe verändert und andere konstant gehalten.
Beschreiben Sie für zwei Fälle, welche Größen bei welchen Messungen verändert und konstant gehalten wurden.
b) Zeigen Sie grafisch in zwei Diagrammen, dass aus der Messreihe sowohl U~d als auch U²~F zu erkennen ist.
c) Zeigen Sie mit den Messwerten aus Messung 5, dass der Proportionalitätsfaktor formel ist.

Aufgabe 1187 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
Massenspektrograph

(LK 2019)
Ein Strahl einfach positiv geladener Ionen verschiedener Massen tritt senkrecht in ein homogenes Magnetfeld der Flussdichte B=0.25 T ein.
Die Ionen durchlaufen das Magnetfeld und treffen auf einen Detektor. Die Abbildung zeigt das Prinzip der Anordnung:
Alle Ionen des Strahls haben die Eintrittsgeschwindigkeit
formel

Die kleinste Massendifferenz der Ionen beträgt
formel

Die Ionen können nur dann getrennt detektiert werden, falls der Betrag des Abstandes der Auftrefforte größer als

ist.
Für den Abstand der Auftrefforte gilt
formel

a) Leiten Sie diese Gleichung her.
b) Untersuchen Sie rechnerisch, ob Ionen der Massendifferenz formel

am Detektor getrennt registriert werden.

Aufgabe 1192 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
spulen

In der äußeren, langen Spule befindet sich koaxial eine zweite, kürzere Spule. Durch die äußere Spule kann ein Strom fließen, so dass sie ein Magnetfeld erzeugt (Feldspule). In der inneren Soule kann eine Induktionsspannung erzeugt und gemessen werden (Induktionsspule).
Man kennt folgende Größen:
formel

a) In der Feldspule wird die Stromstärke so verändert, wie es das Diagramm zeigt. Zeichen Sie das U_ind(t)-Diagramm.
b) In der Feldspule darf die Stromstärke nicht größer als 100 mA werden.
Wie lange kann in der Induktionsspule ununterbrochen eine Spannung von 3 mV induziert werden?
c) In der Feldspule nimmt die magnetische Feldflussdichte gleichmäßig von 0,60 mT auf 0 ab. Die Induktionsspannung beträgt 3,0 mV. Wie groß ist die Ausschaltdauer?

Aufgabe 1193 (Elektrizitätslehre, Widerstandsgesetz)
Ein Elektrogerät hat einen Widerstand von 2,3 Ohm und benötigt für seinen Betrieb einen Strom von 5 A. Welchen Querschnitt müssen die beiden Kupferleitungen des 9 m langen Zuleitungskabels mindestens haben, die das Gerät mit einer 12-V-Spannungsquelle verbinden?

Aufgabe 1195 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
Eine flache Spule hat folgende Werte:
Windungszahl 500
Breite b = 5 cm
Länge l = 7 cm
Sie wird mit einer konstanten Geschwindigkeit von 4 mm/s aus der Lage 1 gleichförmige durch das scharf begrenzte Magnetfeld der Stärke 0,15 T bewegt.

a) Bereichen Sie die Zeiten, die die Spule aus der Lage 1 in die Lagen 2, 3 und 4 kommt.
b) Zeichnen Sie für den gesamten Vorgang von Lage 1 bis Lage 4

das -Diagramm
das U_ind(t)-Diagramm

Aufgabe 1199 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
Ergänze in den Schaltplänen die fehlenden Strom- und Spannungswerte.
schaltung_1

Aufgabe 1201 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
Ein Gleichstrom-Messgerät mit dem Vollausschlag 10µA und einem Innenwiderstand von formel

soll als Voltmeter und als Amperemeter verwendet werden.
Skizzieren Sie eine geeignete Schaltung für

ein Voltmeter mit einem Vollausschlag von 10 V
ein Amperemeter mit einem Vollausschlag von 50 mA.

Berechnen Sie für beide Fälle den Wert des erforderlichen Zusatzwiderstandes.

Aufgabe 1202 (Elektrizitätslehre, Arbeit und Leistung)
zug

Die S-Bahn Mitteldeutschland setzt Züge vom Typ Bombardier Talent 2 ein. Ein dreiteiliger Zug hat mit 150 Fahrgästen besetzt eine Masse von 126 t. Die S-Bahn beschleunigt in 25 s aus dem Stand auf 100 km/h.
Die Züge werden über eine Oberleitung mit einer Spannung von 15 kV angetrieben.
a) Beschreiben Sie die Energieumwandlungen in der Beschleunigungsphase auf einer ebenen Strecke.
b) 10% der zugeführten werden in der Beschleunigungsphase für die Reibung verschwendet.
Welche elektrische Energie ist für die Beschleunigungsphase aufzubringen?
c) Wie groß ist die mittlere Stromstärke in der als Zuleitung dienenden Oberleitung?
Bildquelle:Wikipedia

Aufgabe 1203 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Die Mittelpunkte zweier identischer, leitender Kugeln sind 0,50 m voneinander entfernt. Die Kugeln ziehen sich mit einer Kraft von 0,108 N an.
Sie werden nun mit einem dünnen, leitenden Draht verbunden.
Nachdem man die Verbindung wieder entfernt hat, stoßen sich die beiden Kugeln mit der Kraft von 0,0360 N ab.
Wie groß waren anfänglich die Ladungen der Kugeln, wenn zwischen den beiden Kugeln bei beiden Kraftmessungen Luft war?

Aufgabe 1205 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
magnetfeld

Eine von einem Gleichstrom durchflossene Spule mit quadratischem Querschnitt (Kantenlänge 2,0 cm, Windungszahl 100, Masse 0,10 kg), ist gemäß der Abbildung an einer Schraubenfeder (Federkonstante 40 N × m^-1) befestigt und ruht. Das untere Ende der Feder befand sich ohne angehängte Spule am Ort x = 0.
Die Stärke des Magnetfeldes beträgt zunächst 0,10 T.
Untersuchen Sie rechnerisch, ob die magnetische Kraft zur Gewichtskraft gleich oder entgegengesetzt gerichtet ist.
Geben Sie die Richtung der Bewegung der Elektronen im unteren Teil der Spule an und berechnen Sie die Stärke des durch die Spule fließenden Stroms.
Weitere notwendige Werte entnehmen Sie der Abbildung.

Aufgabe 1206 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
(LK 2020)
Ein Teilchen der Ladung 2e und der Masse 4u dringt mit der Anfangsgeschwindigkeit
2,6 ∙ 10⁶ m ∙ s^-1 parallel zu den Feldlinien durch eine Öffnung in das homogene elektrische Feld eines Plattenkondensators ein, durchläuft dieses und tritt nach 0,25 m durch eine Öffnung in der gegenüberliegenden Platte mit der doppelten Geschwindigkeit aus.
a) Es wird angenommen, dass sich das Teilchen ausschließlich unter dem Einfluss der elektrischen Feldkraft bewegt.
Weisen Sie nach, dass zwischen den Platten die Spannung U = 2,1 ∙ 10⁵ V anliegt.
b) Das Teilchen bewegt sich sowohl unter dem Einfluss der elektrischen Feldkraft als auch unter dem Einfluss der Gewichtskraft.
Weisen Sie rechnerisch nach, dass die Annahme aus Aufgabe a) dennoch sinnvoll ist.

Aufgabe 1207 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)

(LK 2020, ohne Hilfsmittel)
Die Abbildung zeigt das B(t)-Diagramm der Flussdichte B für ein homogenes zeitlich veränderliches Magnetfeld. Der Graph der Funktion B=B(t) entspricht im ersten Abschnitt einer quadratischen Funktion.

In diesem Magnetfeld befindet sich eine Induktionsspule, die Feldlinien durchsetzen die Querschnittsfläche der Spule senkrecht.
Für die induzierte Spannung gilt:
formel

Skizzieren Sie in das U(t)-Diagramm den Graphen der Induktionsspannung für beide Abschnitte.
Begründen Sie unter Nutzung des Induktionsgesetzes den Verlauf des Graphen.

Aufgabe 1208 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
(LK 2020)
Zwei gleichartige Fadenpendel mit jeweils 0,800 m Länge sind im Abstand von 0,085 m aufgehängt. Die Pendelkörper sind Kügelchen und die Fäden bestehen aus elektrisch isolierendem Material. Die Kugeln sind entgegengesetzt, aber mit gleichem Betrag von 5,2 × 10^-9 C geladen und ruhen. Jedes der beiden Pendel ist um den Winkel 2° ausgelenkt.
a) Berechnen Sie den Abstand der Massenmittelpunkte der Kügelchen.
b) Weisen Sie nach, dass der Betrag der Coulombkraft 2,9 × 10^-4 N ist.
c) Ermitteln Sie die Masse eines Kügelchens

Aufgabe 1213 (Elektrizitätslehre, Ohmsches Gesetz)
diagramm

Die Abbildung zeigt die Kennlinien von drei elektronischen Bauteilen.
a) Bestimme den elektrischen Widerstand für alle drei Bauteile bei 3,0 V.
b) Beschreibe, wie sich der Widerstand für alle drei Bauteile bei steigender Spannung ändert.

Aufgabe 1214 (Elektrizitätslehre, Halbleiter)
schaltung

An den im Bild gezeigten Stromkreis wird eine Gleichspannung von 5 V angeschlossen. Die Glühlampen leuchten bei 5 V normal hell. Entscheiden Sie für alle vier möglichen Schalterstellungen, welche der Lampen leuchtet.
Geben Sie für jede Entscheidung eine Begründung an.

Schalter S₁	Schalter S₂	Lampe L₁	Lampe L₂
auf	auf
zu	auf
auf	zu
zu	zu

Die Gleichspannungsquelle wird durch eine Wechselspannungsquelle ersetzt und beide Schalter geschlossen. Was ist an den beiden Lampen zu beobachten?

Aufgabe 1215 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)

a) Eine Ampel darf für einen sicheren Betrieb nur bestimmte Farbkombinationen zulassen: Rot, Gelb, Grün als Einzellicht und Rot und Gelb zusammen.
Bau die folgende Schaltung auf und beurteile ihre Sicherheit. Sicher ist sie dann, wenn nur die vier Lichtsignale möglich sind.

b) Eine zweite Möglichkeit der Ampelschaltung verwendet zwei Wechselschalter.
Bau die Schaltung auf und beurteile wieder ihre Sicherheit.

Aufgabe 1218 (Elektrizitätslehre, zusammengesetzte Widerstände)

Die Schaltung stellt einen belasteten Spannungsteiler dar. Die Widerstände R₁ und R₂ sind der Spannungsteiler, R₃ ist der Lastwiderstand.
Wie groß ist die Spannung über R₃?
formel

Aufgabe 1223 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)

(LK 2008 Baden-Württemberg)
In der in der Abbildung dargestellten Versuchsanordnung befindet sich im Punkt Q eine Elektronenquelle. Die Elektronen treten im Punkt R mit einer Geschwindigkeit von 4,0 × 10⁷ m/s längs der x-Achse in einen „Black-Box-Würfel“ ein. Innerhalb des Würfels können homogene elektrische und magnetische Felder erzeugt werden, deren Feldlinien in den folgenden Versuchen jeweils parallel zu den Kanten des Würfels verlaufen. Der Versuchsaufbau befindet sich im Vakuum.
a) Die Elektronen werden durch eine Spannung aus der Ruhe heraus auf die angegebene Geschwindigkeit beschleunigt. Zeigen Sie, dass diese Spannung 4,5 kV beträgt.
b) Für die Flugbahn der Elektronen vom Ort Q aus ergibt sich folgende Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Flugzeit:

t in 10^-9 s

1,0

3,0

5,0

6,0

7,0

10,0

v in 10⁷ s

0,8

2,4

4,0

2,9

t in 10^-9 s

13,0

17,0

18,5

21,0

26,0

30,0

31,0

v in 10⁷ s

1,9

0,5

-0,9

-2,7

-4,0

Zeichnen Sie ein v(t)-Diagramm und interpretieren Sie es. Nehmen Sie dazu Bezug auf die Versuchsanordnung.

c) Im folgenden Teilversuch wird die Blackbox gleichzeitig von einem elektrischen und einem magnetischen Feld durchsetzt. Die Ausrichtung und Stärke beider Felder sind so eingestellt, dass die Elektronen an der Stelle S mit der Eintrittsgeschwindigkeit ankommen.
Beschreiben Sie, wie die Felder orientiert sind.

d) Das elektrische Feld in der Blackbox wird durch eine Spannung von 1,5 kV erzeugt. Berechne Sie die elektrische Feldstärke und die magnetische Flussdichte.

e) Die Elektronen sollen nun die Blackbox durch die Öffnung T verlassen. Das kann sowohl durch ein elektrisches Feld oder durch ein magnetisches Feld erreicht werden.
Entscheiden Sie, durch welches der beiden Felder der Austrittswinkel α gleich 90° sein kann. Begründen Sie Ihre Entscheidung.

f) Die Elektronen verlassen in einem weiteren Teilversuch die Blackbox im Punkt S mit der Geschwindigkeit v₀ und treten in einen Kondensator mit gekrümmten Platten ein. Die elektrische Feldstärke von formel

ist so gewählt, dass die Elektronen genau auf der gestrichelten Bahn weiterfliegen.
Berechnen Sie den Bahnradius r.

g) Die Elektronen bewegen sich mit einer recht großen Geschwindigkeit. Damit ändert sich aber gemäß der Relativitätstheorie ihre Masse entsprechend der Gleichung
formel

Dabei ist m_e die Ruhemasse des Elektrons und v die Vakuumlichtgeschwindigkeit.
Wie weicht die Flugbahn der Elektronen bei Berücksichtigung der relativistischen Masse von der gestrichelten Bahn ab?

Aufgabe 1224 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
(LK 2008, Baden Württemberg)
Zwei kreisförmige Metalplatten mit 24 cm Durchmesser stehen sich im Abstand von 2,0 cm gegenüber. Zwischen den Platten befindet sich Luft (ε_r=1,0).
a) Berechnen Sie die Kapazität dieses Kondensators.
b) An den Kondensator wird eine Gleichspannung angelegt. Nach dem Ladevorgang wird der Kondensator wieder von der Quelle getrennt. Die Feldstärke zwischen den Platten soll experimentell bestimmt werden. Dazu werden die Platten auseinandergezogen und ein kleines, an einem Faden befestigtes, graphitbeschichtetes Kügelchen dazwischen gehängt.
Begründen Sie, dass das Auseinanderziehen der Platten keinen Einfluss auf die Feldstärke hat.
c) Erklären Sie mit einer Zeichnung, wie mit dieser Versuchsanordnung eine Bestimmung der elektrischen Feldstärke möglich ist.
d) Beschreiben Sie, wie man mit dieser Versuchsanordnung zeigen kann, dass das Feld zwischen Platten homogen ist.
diagramm

e) An einem Plattenkondensator wird der Zusammenhang zwischen der felderzeugenden Ladung Q und der angelegten Spannung U gemessen. Bei zwei verschiedenen Plattenabständen d₁< d₂ ergeben sich die in der Abbildung dargestellten Messkurven A und B.
Ordnen Sie die Messkurven den Plattenabständen zu und begründen Sie Ihre Zuordnung.

Aufgabe 1225 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
versuch

In einer Versuchsanordnung befinden sich zwischen den Punkten P und Q zwei begrenzte magnetische Felder. Das linke Feld hat eine Stärke von 0,80 T und das rechte Feld eine Stärke von 0,40 T.
Eine quadratische Spule mit 0,20 m Seitenlänge und 100 Windungen wird mit konstanter Geschwindigkeit von 0,10 ms^-1 von P nach Q durch die Anordnung bewegt. Die Anschlüsse der Spule sind mit einem Spannungsmesser verbunden.
Nach einiger Zeit wird am Spannungsmesser eine Spannung angezeigt.
a) Erklären Sie das Zustandekommen dieser Spannung.
b) Die Spule startet bei Punkt P zum Zeitpunkt 0s.
Zeichnen Sie ein U(t)-Diagramm für die Bewegung der Spule Start bei P bis der vordere Rand der Spule die Linie bei Q erreicht hat.
(Quelle: Baden-Württemberg Abiturprüfung 2008)

Aufgabe 1228 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
(LK 1994)
Zwischen den horizontal liegenden Platten eines Plattenkondensators mit dem Abstand 16 mm werden aus einer Düse kleine Öltröpfchen gesprüht. Die obere Platte ist mit dem Pluspol einer Spannungsquelle verbunden. Man beobachtet, dass sich einige Tröpfchen nach oben bewegen.
a) Begründen Sie diese Beobachtung.

b) Beträgt die Spannung 344 V, gelingt es, eines dieser Tröpfchen, das eine Masse von 1,06 × 10^-15 kg, zum Schweben zu bringen. Leiten Sie aus dem Kräftegleichgewicht eine Gleichung zur Berechnung der Ladung dieses Tröpfchens her. Berechnen Sie die Ladung dieses Tröpfchens.

c) Bei den Spannungen 520 V und 1035 V gelingt es wieder, eines dieser Tröpfchen der gleichen Masse zum Schweben zu bringen. Berechnen Sie die jeweilige Ladung der Tröpfchen. Begründen Sie, warum ein Tröpfchen der gleichen Masse bei der Spannung 810 V nicht zum Schweben gebracht werden kann.

Aufgabe 1235 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
In einem Experiment zur Bestimmung der spezifischen Ladung des Elektrons (Fadenstrahlrohr nach Schuster) werden Elektronen mit der Geschwindigkeit 1,18 ∙10⁷ m∙s^-1 in ein homogenes Magnetfeld der Flussdichte 1,21 ∙10^-3 T senkrecht zu dessen Feldlinien eingeschossen. Die Elektronen durchlaufen eine Kreisbahn mit dem Durchmesser 11,00 cm.
a) Beschreiben Sie unter Verwendung einer Skizze eine mögliche Experimentieranordnung. Berücksichtigen Sie, dass die Elektronen erst auf die gegebene Geschwindigkeit gebracht werden müssen.
b) Entscheiden Sie, ob beim Durchlaufen der Kreisbahn am Elektron Arbeit verrichtet wird. Begründen Sie Ihre Entscheidung.
c) Berechnen Sie aus den gegebenen Größen die spezifische Ladung des Elektrons.
d) Berechnen Sie die Zeit, die ein Elektron für einen vollen Umlauf auf der Kreisbahn benötigt.
e) Welche Konsequenzen für Bahn und Umlaufdauer würde es bringen, wenn unter sonst gleichen Bedingungen an Stelle des Elektrons ein Positron eingeschossen würde? (Paarzerstrahlung wird ausgeschlossen)
(LK Sachsen 1995)

Aufgabe 1239 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Die Induktivität einer Spule wird durch Spannung-Stromstärke-Messungen bestimmt. Zunächst werden im Gleichstromkreis die Spannung 12 V und die Stromstärke 1,1 A gemessen. Im Wechselstromkreis beträgt bei der Spannung 12 V und der Frequenz 50 Hz die Stromstärke 200 mA.
Berechnen Sie die Induktivität der Spule und zeichne Sie ein zugehöriges Zeigerdiagramm.
(LK Sachsen 2006)

Aufgabe 1242 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
Bei einer Spule ohne Eisenkern wird beim Anlegen der Gleichspannung 12 V die Stromstärke 24 mA gemessen, beim Anlegen der Wechselspannung 12 V und der Frequenz 0,10 kHz die Stromstärke 17 mA.

a) Begründen Sie die Abnahme der Stromstärke, wenden Sie auch die Lenz’sche Regel an.
b) Weisen Sie nach, dass der induktive Widerstand 0,50 kW und die Induktivität der Spule 0,79 H betragen.
c) In einem weiteren Experiment wird zur Spule ein Kondensator der Kapazität 2,0 µF in Reihe geschaltet und die Wechselspannung erneut angelegt. Die Induktivität der Spule wird durch das Einschieben eines Eisenkernes von 0,79 H allmählich auf 4,0 H erhöht.
Bestimmen Sie die größte Stromstärke, die sich während des Experiments einstellt.
(LK Sachsen 2007)

Aufgabe 1245 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
Die spezifische Ladung eines Elektrons soll unter Nutzung einer Elektronenstrahlröhre und eines magnetischen Feldes bestimmt werden. Als Magnetfeld wird das Erdmagnetfeld genutzt.
a) In der Elektronenstrahlröhre werden Elektronen aus der Ruhe heraus auf die Geschwindigkeit v₁ beschleunigt. Die Beschleunigungsspannung ist U₁. Leiten Sie eine Gleichung her, mit der die Geschwindigkeit der Elektronen berechnet werden kann.
versuch

b) Die Elektronen durchlaufen den Ort P mit der Geschwindigkeit v1 senkrecht zum Erdmagnetfeld und senkrecht aus der Zeichenebene hinaus. B ist der Vektor der magnetischen Flussdichte des Erdmagnetfeldes.
Übernehmen Sie die Skizze und tragen Sie den Vektor der Lorentzkraft F_L für den Ort P ein. Begründen Sie, dass die Elektronen (nach P) einen Kreisbogen durchlaufen.
c) Aus dem gemessenen Radius r des Kreisbogens kann die spezifische Ladung des Elektrons formel

bestimmt werden. In einem Experiment ergaben sich folgende Messwerte:
formel

Berechnen Sie die spezifische Ladung des Elektrons. Stellen Sie Zwischenschritte der Berechnung dar.
Hinweis: Der Einfluss der Gravitation ist zu vernachlässigen.

d) Geben Sie die Richtung an, die der Vektors v am Ort P haben müsste, damit sich die Elektronen im Erdmagnetfeld geradlinig gleichförmig bewegen. Begründen Sie Ihre Entscheidung.
(LK Sachsen 2008)

Aufgabe 1247 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Ein Kondensator der Kapazität 6800 µF wird auf eine Spannung von 3,0 V aufgeladen. Mit ihm wird eine kleine Leuchtdiode betrieben. Wenn die angelegte Spannung zwischen 1,5 V und 3,0 V liegt, leuchtet die Diode mit einer mittleren Leistung von 2,0 mW. Bei kleineren Spannungen erlischt sie.
Wie lange leuchtet die Diode?
(LK Baden Württemberg 2008)

Aufgabe 1248 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
In einem Experiment wird ein Plattenkondensator an einer Spannungsquelle angeschlossen und lädt sich auf die anliegende Ladespannung U₀ auf. Er wird anschließend von der Spannungsquelle getrennt und über einem technischen Widerstand R entladen.
Mit einem Strommesser wird der Entladestrom in Anhängigkeit von der Zeit gemessen.
a) Skizzieren Sie einen Schaltplan für dieses Experiment.
b) Stellen Sie die untersuchte Abhängigkeit in einem geeigneten Diagramm als Skizze grafisch dar.
c) Kennzeichnen Sie in Ihrem Diagramm den Zeitpunkt, zu dem der Kondensator zur Hälfte entladen ist. Erklären Sie, wie sie diesen Zeitpunkt bestimmt haben.
d) In den Innenraum des Plattenkondensators wird eine Kunststoffplatte gebracht und das Experiment wiederholt. Skizzieren Sie den sich aus dem Mesergebnis ergebenden Graphen ins gleiche Diagramm. Begründen Sie Ihre Entscheidung.
(LK Sachsen, Abitur-Musteraufgabe 2010)

Aufgabe 1250 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
versuch

Im Folgenden soll die Ablenkung eines Elektronenstrahls in verschiedenen Feldern untersucht werden. Dazu wir die in der Abbildung skizzierte Anordnung verwendet.
Aus der Glühkathode treten Elektronen aus, deren Anfangsgeschwindigkeit so gering ist, dass sie vernachlässigt werden kann. Sie werden durch die Spannung U_a zwischen Kathode und Anode beschleunigt. Danach treten sie längs der gezeichneten x-Achse in den Ablenkkondensator ein. Der besteht aus zwei quadratischen Platten, deren Seiten 4,0 cm lang sind. Die Platten haben einen Abstand von 2,0 cm.
Zwischen den Platten ist ein homogenes elektrisches Feld. 10 cm hinter den Ablenkplatten befindet sich ein Leuchtschirm, auf dem die auftreffenden Elektronen einen Lichteindruck hinterlassen.

a) Die Elektronen werden durch die Spannung U_a auf eine Geschwindigkeit von 1,88·10⁷ ms^-1 beschleunigt. Berechnen Sie die Spannung U_a.
b) An die Platten des Ablenkkondensators wird die Spannung U=400V angelegt. Berechnen Sie die Ladung dieses Kondensators sowie die elektrische Feldstärke.
c) Berechnen Sie die Zeit, die sich die Elektronen auf ihrem Weg zum Leuchtschirm zwischen den Platten des Kondensators aufhalten.
d) Wie weit sind sie beim Verlassen des Kondensators von der x-Achse entfernt?
e) Zeigen Sie, dass sich die Elektronen nach dem Verlassen des Kondensator mit 7,4·10⁶ ms^-1 in Richtung der y-Achse fliegen.
f) Ermitteln Sie mit Hilfe einer maßstäblich angefertigten Zeichnung, wie weit der Auftreffpunkt der Elektronen auf dem Leuchtschirm von 0 entfernt ist.

g) Das elektrische Feld im Kondensator wird nun abgeschaltet und durch ein homogenes Magnetfeld der Flussdichte 1,26 mT ersetzt. Das magnetische Feld nimmt den gleichen Raum wie das elektrische Feld ein. Oben ist der Nordpol.
Zeigen Sie, dass die Elektronen im Magnetfeld einen Kreis mit dem Radius 8,5 cm beschreiben.
h) Bestimmen Sie wieder mit einer maßstäblichen Zeichnung, wie weit der Auftreffpunkt der Elektronen von 0 entfernt ist.

i) Was beobachtet man auf dem Leuchtschirm, wenn die beiden Felder gleichzeitig eingeschaltet sind?

Aufgabe 1251 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
versuch

Zwei kreisförmige Platten mit dem Durchmesser 20 cm befinden sich in der im Bild gezeigten Anordnung. In den Aufbau ist ein Kraftmesser integriert. Er wird zu Beginn der Messung so eingestellt, dass er bei ungeladenen Kondensator 0 N anzeigt. Der Plattenabstand beträgt 2,0 mm wird vor jeder einzelnen Messung wieder auf den ursprünglichen Wert gebracht.
Bei unterschiedlichen Spannungen misst man die folgenden Kräfte:

U in kV	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
F in mN	32	80	135	221	319

a) Zeigen Sie, dass die Messreihe den Zusammenhang F ~ U² bestätigt.
b) Bestimmen Sie diejenige Spannung, für die eine Kraft von 350 mN angezeigt wird.

Für die Kraft zwischen den Platten gilt folgende Beziehung:
formel

Dabei ist Q die elektrische Ladung und A die Plattenfläche des Kondensators.
c) Leiten Sie mithilfe dieser Beziehung einen Zusammenhang zwischen der Kraft und der Spannung her.
d) Berechnen Sie bei dem verwendeten Kondensator die Spannung für eine Kraft von 350 mN.
(Abitur Baden-Württemberg 2015)

Aufgabe 1256 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Zwei gleich geladene kleine Kugel sind im selben Punkt an zwei 1,8 m langen Isolierfäden aufgehängt. Die Masse einer Kugel beträgt 0,9 g. Wegen der gleichen Ladung stoßen sie sich auf einen Mittelpunktabstand von 4 cm ab.
a) Berechnen Sie die Größe der Ladung einer kleinen Kugel.
b) Bestimmen Sie die Größe der elektrischen Feldstärke einer Kugel am Ort der anderen Kugel.
c) Der Mittelpunksabstand der beiden Kugeln hängt bei sonst konstanten Größen von der Ladung ab: je größer die Ladung der Kugeln, umso größer wird der Abstand.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen Ladung und Abstand?
Wie muss sich die Ladung der Kugeln ändern, damit sich der Abstand verdoppelt?
d) In einem weiteren Experiment soll die Ladung der einen Kugel halbiert und die der anderen Kugel verdoppelt werden.
Beschreiben Sie, die sich der Abstand der beiden Kugeln verändert und begründen Sie Ihre Entscheidung.
(LK Sachsen-Anhalt)

Aufgabe 1258 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
felder

In der Abbildung sind Experimente zu sehen, bei denen geladene Teilchen mit einer Anfangsgeschwindigkeit v0 in zeitlich konstante und homogene elektrische bzw. magnetische Felder geschossen werden.
Beschreiben Sie die jeweilige Bahn im Feld und begründen Sie diese mithilfe der auf die Teilchen wirkenden Kräfte.

Aufgabe 1260 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
versuch

Bei einem Experiment sendet eine Elektronenquelle im Punkt Q Elektronen mit vernachlässigbarer kinetischer Energie aus.
Die Elektronen durchlaufen bei ihrer Bewegung in einem evakuierten Glasgefäß vom Punkt Q zum Punkt P

zwei homogene elektrische Felder in den Raumgebieten I und III,
zwei homogene magnetische Felder in den Raumgebieten II und V mit einem Krümmungsradius von jeweils 10 cm.
das feldfreie Raumgebiet IV

Die magnetischen Felder stehen dabei senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elektronen. Die Elektronen werden im Raumgebiet I mit einer Spannung von 500 V beschleunigt. Beim Passieren der Kathode K2 wird eine weitere Spannung von 500 V zwischen Kathode k2 und Anode A2 zugeschaltet.
a) Geben Sie die jeweilige Bewegungsart für die einzelnen Raumgebiete an und begründen Sie Ihre Aussagen.
b) Zeigen Sie mit Hilfe einer energetischen Betrachtung, dass für die Endgeschwindigkeit der Elektronen im Punkt P die Beziehung
formel

gilt.

c) Berechnen Sie die Dauer der Bewegung der Elektronen vom Punkt Q bis zum Punkt P.
d) Zeigen Sie, dass für die magnetischen Flussdichten B₁ und B₂ die Beziehung
formel

gilt.
Berechnen Sie B₁ und B₂.
e) Auf dem gleichen Wege und in jedem Raumgebiet auch mit der gleichen Beschleunigung bzw. Geschwindigkeit sollen – wie zuvor Elektronen – nun Protonen die Versuchsanordnung durchlaufen.
Geben Sie an, in welcher Weise Änderungen der Spannungen und der Felder vorgenommen werden müssen, damit das möglich ist.
(LK Sachsen-Anhalt 1996)

Aufgabe 1262 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

Kapazitive Füllstandsmessung
In einem Tank ist zur Messung der Füllhöhe h ein Plattenkondensator vertikal eingebaut. Er ist gegen den Tank elektrisch isoliert. Jede der beiden Platten ist 2 m lang.
Bei leerem Tank beträgt die Kapazität des Kondensators 400 pF.
a) Der Kondensator ist an eine Quelle mit harmonischer Wechselspannung von 60,0 V und 100 Hz angeschlossen und der fließende Strom wird laufend gemessen.
Welche Stromstärke zeigt der Strommesser bei leerem Tank an?
b) Allgemein hängt die Kapazität des ganzen Kondensators folgendermaßen von der Füllhöhe h der Flüssigkeit ab:
formel

Leiten sie diese Gleichung her.
c) Welche Füllhöhe hat die Flüssigkeit erreicht, wenn ein Strom von 150 µA fließt?

Aufgabe 1264 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
versuch

Ionenstrahlen werden in der Medizin zur Behandlung von Tumoren eingesetzt. In der Abbildung ist ein vereinfachter Aufbau zur Erzeugung eines solchen Ionenstrahls dargestellt.
Aus einer Ionenquelle treten O⁶⁺-Ionen mit der Masse 2,66 · 10^-26 kg mit vernachlässigbarer Anfangsenergie in das homogene Feld eines Plattenkondensators ein. Nach dem Beschleunigen werden die Ionen in ein homogenes Magnetfeld auf einer kreisförmigen Bahn um 90° abgelenkt, treten durch eine Blende und werden weiter beschleunigt. Die Anordnung befindet sich im Vakuum.
a) An dem Kondensator, der die Beschleunigungsphase 1 bewirkt, wird eine Spannung von 125 kV angelegt. Zeichen Sie die Feldlinien im Kondensator ein.
Zeigen Sie, dass die Sauerstoffionen den Kondensator mit der Geschwindigkeit von 3,00·10⁶ m/s verlassen.

b) Erklären Sie, warum die Ionen im Magnetfeld auf eine Kreisbahn gezwungen werden. Zeichen Sie die Richtung des Magnetfeldes in die Zeichnung ein.

c) Ionen, die sich auf einer kreisförmigen Bahn mit dem Radius 3,50 cm bewegen, treten durch die Blende. Berechnen Sie den Betrag der für diese Kreisbahn notwendigen magnetischen Flussdichte des Magnetfeldes.

d) Das Magnetfeld wird durch einen starken Permanentmagneten mit einer Flussdichte von 2,38 T erzeugt. Berechnen Sie die notwendige Stromstärke, um in einer 6,00 m langen luftgefüllten Spule mit 1150 Windungen die gleiche magnetische Feldstärke zu erhalten.
Beurteilen Sie die von Ihnen berechnete Stromstärke hinsichtlich der technischen Realisierbarkeit.

Aufgabe 1268 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
versuch

Ein Strahl einfach positiv geladener Lithiumionen (⁶Li⁺/⁷Li⁺-Gemisch) tritt durch die Blende A in ein homogenes Magnetfeld der Flussdichte 15 mT senkrecht zu den Feldlinien ein. Eine zweite Blende B ist so angeordnet, dass ein Teil der Ionen nach einem Viertelkreis mit dem Radius 0,10 m in das Feld eines Plattenkondensators gelangt, an dem die Spannung 16,7 V anliegt. Die ganze Anordnung befindet sich im Vakuum.
(Masse ⁶Li⁺: 6,02u, Masse ⁷Li⁺: 7,02u)
a) Weisen Sie nach, dass nur solche Ionen das Bremsfeld des Plattenkondensators durch die Öffnung C verlassen können, bei beim Eintritt in die Anordnung eine kinetische Energie von mindestens 2,7 ∙ 10^-18 J besitzen.
b) Zeigen Sie, dass die Ionen auf dem Viertelkreis den Impuls 2,4 ∙ 10^-22 Ns besitzen.
c) Berechnen Sie die kinetische Energie der ⁶Li⁺- und der ⁷Li⁺-Ionen auf dem Viertelkreis, und weisen Sie nach, dass nur ⁶Li+-Ionen den Kondensator bei C verlassen können.

Eine weitere Blende D liegt symmetrisch zu A bezüglich der durch B und C bestimmten Geraden.
d) Beschreiben und begründen Sie den weiteren Bewegungsablauf für ⁷Li⁺-Ionen nach dem Eintritt in den Kondensator bei B bis zum Verlassen der Versuchsanordnung bei D (keine Berechnungen!)
(GK Bayern, 1996)

Aufgabe 1269 (Elektrizitätslehre, Lorentzkraft)
versuche

Auf einem Tisch liegen zwei parallel angeordnete Messingschienen. Darauf liegt ein Aluminiumstab, der auf den Schienen praktisch reibungsfrei rollern kann.
Der gesamte Versuch wird von einem vertikal gerichteten, homogenen Magnetfeld durchsetzt. Das Magnetfeld verläuft auf den Beobachter zu, Norden ist also hinten und Süden in Richtung des Beobachters.
a) Begründen Sie, dass nach dem Schließen des Schalters auf den Alustab eine beschleunigende Kraft wirkt. Geben Sie die Richtung der Kraft an.
b) Misst man den Strom, der durch die Versuchsanordnung fließt, stellt man fest, dass er mit der Zeit kleiner wird. Erklären sie dieses Verhalten.
c) Durch die beschleunigende Kraft wird der Alustab immer schneller. Aber die Geschwindigkeit erreicht nur einen maximalen Wert und wird dann nicht mehr größer. Erklären Sie dieses Verhalten.
d) Leiten Sie die Gleichung zur Berechnung der maximalen Geschwindigkeit her.
(GK Bayern 1996)

Aufgabe 1274 (Elektrizitätslehre, Schwingkreis)
diagramm

Bei einem ungedämpften elektromagnetischen Schwingkreis mit der Kapazität 10 nF wird der zeitliche Spannungsverlauf am Kondensator mit einem Oszilloskop dargestellt.
Die Abbildung zeigt den Bildschirmausschnitt mit einem 1cm-Raster.
Die Skaleneinteilungen sind dabei wie folgt:
Zeitskala 1 cm ≙ 0,5 µs
Y-Ablenkung 1 cm ≙ 2,0 V
a) Entnehmen Sie der Abbildung die Periodendauer T₀ und berechnen Sie die Eigenfrequenz f₀.
b) Zeigen Sie, dass die Spule im Schwingkreis eine Induktivität von 8,2 µH hat.
c) Entnehmen Sie der Abbildung den Scheitelwert U_m der Kondensatorspannung und berechnen Sie die gesamte Energie, die im Schwingkreis enthalten ist.
d) Berechnen Sie daraus den Scheitelwert I_m der Stromstärke.

Aufgabe 1276 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

Ein Superkondensator hat laut Aufdruck eine Kapazität von 50 F und darf mit einer maximalen Spannung von 2,7 V aufgeladen werden.
Ein praktisch gleich großer Akku hat einen Aufdruck 1,2 V, 2100 mAh.
a) Vergleichen Sie die Energiedichten der beiden Speicher.
b) Welche beiden Möglichkeiten gibt es, um die Energie im Kondensator zu vergrößern? Welche ist davon effektiver?

Aufgabe 1277 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
Protonen im elektrischen Feld
(LK Bayern 2001)
Protonen treten mit vernachlässigbarer Anfangsgeschwindigkeit durch eine Lochblende L in eine Anordnung aus drei Plattenkondensatoren ein. Die Kondensatoren, deren homogenes jeweils auf den Raum zwischen den Platten beschränkt sind, befinden sich im Vakuum.
versuch

Die Protonen bewegen sich in den ersten beiden Kondensatoren parallel zu den Feldlinien.
Der Plattenabstand dieser Kondensatoren beträgt jeweils d₁= d₂= 2,5 cm. Die Feldstärke im ersten Kondensator ist E₁ = 4,0 ∙ 10⁴ V/m, die im zweiten E₂ = 6,0 ∙ 10⁴ V/m. Alle Rechnungen sind nicht-relativistisch durchzuführen.
a) Zeigen Sie durch Berechnungen, dass die Geschwindigkeit v₂ eines Protons beim Verlassen des zweiten Kondensators v₂ = 6,9 ∙ 10⁵ m/s beträgt.
b) Welche Zeit t₂ braucht ein Proton zum Durchfliegen des 2. Kondensators?

Die Protonen treten nun mit der Geschwindigkeit v₂ parallel zu den Platten in das Feld des dritten Kondensators ein, den sie mit einer Ablenkung um den Winkel α aus der ursprünglichen Flugrichtung wieder verlassen.
Der Plattenabstand dieses Kondensators ist d₃ = 6,0 cm und die Plattenlänge formel

Zwischen den Platten liegt die Spannung U₃ an, wobei die Kondensatormitte auf Erdpotential liegt.

c) Zeigen Sie, dass zwischen dem Winkel α und der Spannung U₃ folgender Zusammenhang besteht:
formel

d) Die Spannung U₃ wird nun so eingestellt, dass die Protonen den Kondensator unter einem möglichst großen Ablenkwinkel α_max verlassen.
Berechnen Sie U₃ und α_max.

Aufgabe 1280 (Elektrizitätslehre, Stromkreise)
schaltplan

Drei gleiche Lampen sind wie in der Abbildung geschaltet. Die Spannung an der Spannungsquelle entspricht der Spannung, bei der eine Lampe ordentlich hell leuchten würde (Normalspannung).

Jeder der drei Lampen kann je nach Schalterstellung aus sein, dunkel leuchten (Spannung unterhalb der Normalspannung) oder hell leuchten (Normalspannung).

Kreuze in der Tabelle die entsprechenden Lampenhelligkeiten an.

Schalterstellung	L₁			L₂			L₃
	aus	dunkel	hell	aus	dunkel	hell	aus	dunkel	hell
S₁ auf, S₂ auf
S₁ zu, S₂ auf
S₁ zu, S₂ zu
S₁ auf, S₂ zu

Aufgabe 1281 (Elektrizitätslehre, Schwingkreis)
schaltung

(LK Bayern 1999)
Ein geladener Kondensator wird in einem ersten Versuch mit einem ohmschen Widerstand, in einem zweiten Versuch mit einer idealen Spule verbunden: Der Entladevorgang beginnt jeweils zur Zeit t=0s.
a) Skizzieren Sie qualitativ für jeden Versuch das I(t)-Diagramm. Geben Sie jeweils die vorkommenden Energieumwandlungen an.
b) Ermitteln Sie für beide Versuche jeweils die maximale Stromstärke, wenn glit:

Kapazität des Kondensators: 10 µF
Spannung am vollgeladenen Kondensator: 20 V
Widerstand im ersten Versuch: 1,0 kOhm
Induktivität im zweiten Versuch: 100 mH

c) Erklären Sie für beide Versuche, wie man die maximale Ladung Q₀ des Kondensators aus den I(t)-Diagrammen ermitteln kann.

Aufgabe 1282 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
versuch

Aus einer Quelle gelangen negativ geladenen Teilchen mit vernachlässigbarer Geschwindigkeit durch die Eingangsblende des Kondensators K in dessen homogenes Feld und werden durch die Spannung U auf die Geschwindigkeit v beschleunigt.
Bei A treten die Teilchen in ei homogenes, senkrecht zur Zeichenebene gerichtetes Magnetfeld der Flussdichte 1,2 T und der Breite 5,0 cm ein. Die gesamte Anordnung befindet sich im Vakuum.
a) Wie muss das Magnetfeld gerichtet sein, damit die Teilchen bei A nach unten abgelenkt werden? Wie ändert sich die kinetische Energie der Teilchen im Magnetfeld?
b) Die Quelle liefert einfach negativ geladene Sauerstoffionen mit der Massezahl 16 (¹⁶O^—- Ionen). Berechnen Sie nichtrelativistisch die Grenzspannung UG, ab der ein solches Teilchen den Magnetfeldbereich nach rechts durchqueren kann.
c) Skizzieren Sie die Bahnen je eines Teilchens für U₁ < U_G bzw. U₂ > U_G und begründen Sie den jeweiligen Verlauf.
(LK Bayern 1999)

Aufgabe 1283 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
versuch

Ein Gemisch aus einfach positiv geladenen Kohlenstoff Ionen 12C+ und 14C+ tritt durch eine Lochblende L1 in einen Plattenkondensator mit dem Plattenabstand d=2,0 cm und der Länge formel

ein. Die gesamte Anordnung befindet sich im Vakuum. Das Magnetfeld mit der Flussdichte B₁ ist zunächst abgeschaltet; an den Platten liegt die Spannung U.

a) Skizzieren Sie die Bahnen zweier Ionen unterschiedlicher Masse, aber gleicher Geschwindigkeit zwischen L₁ und L₂. Begründen Sie, welche Bahn welchem Isotop zuzuordnen ist.
b) Die Ionen treten mit einer Mindestgeschwindigkeit 1,5 ∙ 10⁵ m/s in den Kondensator ein. Zeigen sie rechnerisch, dass die Spannung am Kondensator höchstens 700 V sein darf, damit die Ionen nicht auf die Kondensatorplatten treffen.
Geben Sie die dabei maximal auftretende Erhöhung der kinetischen Energie in eV an.

Am Kondensator liegt nun die Spannung U=700 V an. Die Flussdichte B1 soll so eingestellt werden, dass alle Ionen mit der Geschwindigkeit v₀=2,5 ∙ 10⁵ m/s den Kondensator unabgelenkt durchqueren.

c) Berechnen Sie B₁ und begründen Sie, dass Ionen beider Kohlenstoffisotope den Kondensator durch die Blende L₂ verlassen.

Das Magnetfeld rechts von L₂ hat die Flussdichte B₂=0,14 T. Die Teilchen, die den Kondensator verlassen, durchlaufen zwei Halbkreise.

d) Zeigen Sie, dass für den Abstand Δy der beiden Punkte, an denen die Ionen das Magnetfeld wieder verlassen, gilt:
formel

Die Flussdichte B₂ wird nun variiert, alle anderen Größen bleiben unverändert. Die Ionen sollen durch zwei verschiebbare Detektoren D₁ und D₂ registriert werden, die einen Mindestabstand von 1,5 cm haben. Die äußere Position von D₁ ist 60 cm von der x-Achse entfernt.

e) Berechnen Sie, zwischen welchen Werten die Flussdichte B₂ liegen muss, damit beide Isotope gleichzeitig gezählt werden können.
(LK Bayern 2000)

Aufgabe 1284 (Elektrizitätslehre, Schwingkreis)

Parallelschwingkreis
Die skizzierte Schaltung enthält einen Kondensator, dessen Kapazität zwischen 50 pF und 500 pF verändert werden kann (Drehkondensator). Die Spule hat die Induktivität 45 µH, ihr ohmscher Widerstand ist vernachlässigbar klein.
Die Spannungsquelle liefert eine sinusförmige Wechselspannung mit eine Scheitelwert U0=6,0 V und einer Frequenz von 1,5 MHz.
Der Schalter ist zunächst geöffnet und der Kondensator auf die kleinste Kapazität eingestellt.
a) Zeigen Sie, dass der Strommesser einen Effektivwert von 2,0 mA anzeigt.
b) Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf der Stromstärke I(t) und der Spannung U(t) in ein gemeinsames Koordinatensystem.

c) Nun wird der Schalter geschlossen.

Berechnen Sie den Effektivwert der Stromstärke in der Spule.
Welche Phasenbeziehung besteht zwischen der Stromstärke in der Spule und im Kondensator?
Welchen Wert zeigt der Strommesser jetzt an?

d) Die Kapazität des Kondensators wird nun kontinuierlich vergrößert.

Begründen Sie, dass dabei die nun vom Strommesser angezeigte Stromstärke zunächst abnimmt, ein Minimum erreicht und dann wieder ansteigt.
Bei welcher Kapazität zeigt der Strommesser die kleinste Stromstärke an?
Wie groß ist die Stromstärke bei der maximalen Kapazität?

(LK Bayern 2000)

Aufgabe 1286 (Elektrizitätslehre, Hall-Effekt)

Eine 10 µm dicke Kupferfolie wird von einem 10 A starkem Strom durchflossen. Die Folie wird von einem Magnetfeld mit der Flussdichte 0,43 T durchsetzt. Als Folge bildet sich zwischen den Rändern eine Hallspannung mit 22 µV aus.
a) Erklären Sie, warum es zum Entstehen der Hallspannung kommt.
b) Berechnen sie die Elektronendichte n im Kupfer.
c) Berechnen Sie daraus die Anzahl der Elektronen in 1 mol Kupfer und vergleichen Sie diesen Wert mit der Avogadro-Konstante. Interpretieren sie diesen Vergleich. (Das molare Volumen von Kupfer ist formel

)

Aufgabe 1287 (Elektrizitätslehre, Hall-Effekt)

Hall-Effekt
(LK Bayern 1997)
Die Hall-Sonde ist ein wichtiger Sensor zum Ausmessen von Magnetfeldern.
a) Erklären Sie kurz, warum in einem quaderförmigen Silberplättchen zwischen den Anschlüssen 1 und 2 eine Hall-Spannung auftritt.
Geben Sie die Polung der Spannung an.
b) Bei einer Hall-Sonde wird ein Silberplättchen der Dicke d=12µm verwendet. Die Hall-Konstante
formel

von Silber beträgt bei Zimmertemperatur
formel

; dabei bezeichnet n die Ladungsträgerdichte und e die Elementarladung.
In einem Magnetfeld ergibt sich bei einem Sondenstrom von 10 A eine Hall-Spannung von 1,7×10^-5 V-
Berechnen Sie die Flussdichte B.
c) Berechnen Sie, wie viele Elektronen pro Silberatom im Mittel dem „freien Elektronengas“ zugeordnet werden können.
Ein Silberatom hat eine Masse von 107,9 u und Silber hat eine Dichte von 10,5 t/m³.

d) Für eine Hall-Sonde aus dem Halbleiter Germanium mit der Dicke 1,0 mm wurden folgende Messreihen aufgenommen:
für B = 10 mT

I in mA	10	15	20	25
U_H in mV	1,4	2,1	2,9	3,7

für B = 20 mT

I in mA	10	15	20	25
U_H in mV	2,8	4,3	5,7	7,3

für B = 30 mT

I in mA	10	20	30	40
U_H in mV	4,4	8,8	13,1	17,5

Welche Zusammenhänge zwischen Hall-Spannung, Stromstärke und Flussdichte lassen sich damit belegen? Werten Sie die Messreihen entsprechend aus.

e) Berechnen Sie für eine Messung die Hall-Konstante für Germanium.

f) Berechnen Sie unter Verwendungen der Angaben und Ergebnisse aus Aden Aufgaben b) und e) das Verhältnis der Ladungsträgerdichten von Silber und Germanium formel

Aufgabe 1288 (Elektrizitätslehre, Lichtentstehung)
Quantenhafte Emission und Absorption von Energie
(LK Bayern 1998)
Durchstrahlt man Na-Dampf, dessen Atome sich im Grundzustand befinden, mit Glühlicht, so stellt man im Spektrum des durchgehenden Lichtes eine dunkle Linie fest. Die zugehörige Wellenlänge ergibt sich zu 590 nm.
a) Erklären Sie das Zustandekommen dieser dunklen Linie und zeigen Sie, dass die zugehörige Anregungsenergie 2,1 eV beträgt.
b) Die Anregung der Na-Atome, die stets vom Grundzustand aus erfolgt, wird nun durch Beschuss mit Elektronen durchgeführt. Erreicht die maximale kinetische Energie der Elektronen 3,2 eV, treten im dazugehörigen Emissionsspektrum neben der bekannten 590-nm-Linie erstmal weitere Linien auf.
Zeichnen Sie auf der Grundlage der bisherigen Informationen ein Energieniveauschema und berechnen Sie die größte im Emissionsspektrum zu erwartende Wellenlänge.

Aufgabe 1294 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
versuch

(LK Sachsen 2021)
Ein Elektron trifft durch eine Öffnung in der positiv geladenen Platte eines Plattenkondensators parallel zu den Feldlinien in das homogene Feld eines auf die Spannung U geladenen Plattenkondensators ein.
Hinweis: Vereinfacht wird angenommen, dass das Feld ausschließlich im Innenraum des Kondensators existiert.
Die zweite Abbildung zeigt das x(t)-Diagramm für die Bewegung des Elektrons.

a) Weisen Sie nach, dass die Geschwindigkeit, mit der das Elektron in das Feld eintritt, 2,0 × 10⁶ m/s beträgt.
b) Zum Zeitpunkt t erreicht das Elektron seinen maximalen Abstand zur positiven Platte s_max. Geben Sie t und s_max an.
c) Berechnen Sie den Betrag der Spannung, auf die der Kondensator geladen ist.

Aufgabe 1297 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
versuch

(LK Bayern 1997)
Elektronen im elektrischen und magnetischen Feld
Elektronen aus einer Elektronenquelle mit einstellbarer Beschleunigungsspannung treten als feiner Strahl in das elektrische Querfeld eines Plattenkondensators der Breite 4,00 cm und der Länge 15,0 cm. Die Elektronen sollen dabei nach oben abgelenkt werden und am Ende auf den Schirm treffen.
a) Welche Form hat die Elektronenbahn innerhalb des Feldes, und wie muss die an den Platten liegende Spannung gepolt sein?
Zunächst sollen nur Elektronen betrachtet werden, deren kinetische Energie beim Eintritt in das Feld 640 eV beträgt.
b) Zeigen Sie, dass diese Elektronen zum Durchfliegen des Kondensators 10 ns benötigen.
c) Diese Elektronen sollen im Abstand von 1,60 cm über der Mitte des Leuchtschirms auftreffen. Welche Spannung muss dazu an die Platten gelegt werden?

Die Spannung am Kondensator wird nun auf 1,50 kV eingestellt; zusätzlich wird im Bereich des elektrischen Feldes ein magnetisches Feld so angelegt, dass die Elektronen der kinetischen Energie 640 eV unabgelenkt weiterfliegen und auf die Mitte des Schirms treffen.

d) Wie muss das Magnetfeld gerichtet sein und welchen Betrag muss die Flussdichte haben?
e) Erklären Sie, wo Elektronen mit einer geringfügig höheren kinetischen Energie auftreffen?

Aufgabe 1298 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
versuch

(LK Bayern 1996)

Mit Hilfe eines Wagens auf einer schiefen Ebene mit dem Neigungswinkel a=10° wird eine rechteckige Spule durch ein scharf begrenztes homogenes Magnetfeld der Flussdichte B=160 mT bewegt. Die Feldlinien verlaufen senkrecht zur Zeicheneben.
Die Masse des Wagens samt Spule beträgt 200 g. Die Spule hat 600 Windungen und einen ohmschen Widerstand von 3,0 W. Die Höhe der Spule beträgt h=5,0 cm; die Spulenachse liegt parallel zum Magnetfeld. Jegliche Reibung ist zu vernachlässigen.
a) Durch das Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen den Spulenenden ist es möglich, den Wagen in der Ausgangsstellung zu halten. Zeigen Sie, dass zum Halten des Wagens 0,21 V ausreichen und geben Sie die Polung der Spannung an.

b) Nun werden die Spulenenden kurzgeschlossen. Die Spule soll ohne Anfangsgeschwindigkeit in das Magnetfeld eintauchen.
Solange sich die Spule noch nicht vollständig im Magnetfeld befindet, ist die Beschleunigung nicht konstant. Begründen Sie mit Hilfe entsprechender Formeln diese Aussage.

c) Wenn sich die Spule in das Magnetfeld hineinfährt, stellt sich irgendwann eine konstante Geschwindigkeit ein. Berechnen Sie diese Geschwindigkeit.

d) Die Spule wird nun wieder in ihre Ausgangslage zurückgebracht. An der Spule liegt keine äußere Spannung an. Die Spulenenden sind außerdem nicht mehr miteinander verbunden. Zur Zeit t=0s beginnt die Spule ohne Anfangsgeschwindigkeit in das Magnetfeld einzutauchen.
Zeigen Sie, dass die induzierte Spannung proportional zur gefahrenen Zeit erhöht.

Aufgabe 1299 (Elektrizitätslehre, Spulen)
Ein Elektromagnet besitzt 1 500 Windungen, durch die ein Strom mit einer Stärke von 4,5 A fließt.
Ermitteln Sie die Stromstärke, die bei 3 500 Windungen und einer um 250 % größeren Spulenlänge die gleiche magnetische Flussdichte ergibt, wenn jeweils kein Spulenkern vorhanden ist.
(GK Sachsen 2020)

Aufgabe 1300 (Elektrizitätslehre, Trafo)
In einem Elektrizitätswerk wird die vom Generator erzeugte Spannung von 500V auf 50,0kV hochtransformiert und an eine Fernleitung gelegt, die das Kraftwerk mit einer entfernten Stadt verbindet. Hin- und Rückleitung haben zusammen den elektrischen Widerstand von 50Ω, die vom Generator abgegebene Leistung beträgt 10MW.
a) Berechnen Sie, wie viele Windungen die Sekundärwicklung des Transformators im Idealfall haben muss, wenn die Primärwicklung 100 Windungen hat.
b) Berechnen Sie die Entfernung des Kraftwerks zur Stadt, wenn der Leitungsquerschnitt die Fläche 1,0cm² hat und die Kabel aus Kupfer sind.
c) Zeigen Sie, dass in der Fernleitung 20% der vom Generator abgegebenen Leistung in Wärme umgewandelt wird.

Aufgabe 1301 (Elektrizitätslehre, Schwingkreis)
Eine Spule mit der Induktivität 50 mH bildet mit einem Kondensator einen Schwingreis. Der ohmsche Widerstand der Schaltung ist 4 Ohm groß.
a) Die Eigenfrequenz des Schwingkreises beträgt 5,0 kHz. Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators.
b) Zum Zeitpunkt 0s ist der Kondensator maximal aufgeladen. Zeigen Sie, dass im Kondensator 33 µs später noch 25% seiner Anfangsenergie gespeichert sind?
c) Der Schwingkreiskondensator wird von außen mit einer variablen Erregerfrequenz angeregt; dabei soll die Abhängigkeit der Stromstärke im Schwingkreis von der Erregerfrequenz untersucht werden.
Skizzieren Sie eine geeignete Schaltung und stellen Sie das Ergebnis grafisch dar. Die Spannungsquelle liefert eine konstante Wechselspannung.

Aufgabe 1303 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
versuch

In einem Plattenkondensator mit 10 cm Plattenabstand befindet sich bei Q eine Protonenquelle. Die Austrittsgeschwindigkeit der Protonen ist so klein, dass sie nicht berücksichtigt werden muss.
Die ganze Anordnung befindet sich im Vakuum. Die Protonen spüren im homogenen elektrischen Feld des Kondensators eine Kraft von 8,0 ·10^-15 N.
a) Berechnen Sie die Spannung zwischen den Platten des Kondensators.
b) Zeigen Sie, dass die Protonen durch die kleine Öffnung bei L mit einer Geschwindigkeit von 9,8 ·10⁵ m/s fliegen.
c) Berechnen Sie die Flugzeit der Protonen zwischen Q und L.

Die Protonen gelangen durch das Loch bei L in das homogene magnetische Feld der Flussdichte 0,50 T, das an die rechte Kondensatorplatte unmittelbar anschließt und dessen Feldlinien senkrecht zur bisherigen Flugrichtung der Protonen stehen.

d) Berechnen Sie den Radius der Kreisbahn, auf der sich die Protonen nun bewegen. Erklären Sie, warum sich die kinetische Energie der Protonen im Magnetfeld nicht ändert.

Aufgabe 1304 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
versuch

Eine Ionenquelle liefert Ionen (Masse m; q>0; v<0,1 C) unterschiedlicher Geschwindigkeit. Das Blendensystem im Punkt P₀ lässt nur Ionen in das homogene Kondensatorfeld (Feldstärke E, Breite d₁) eintreten, die sich in Richtung der positiven x-Achse bewegen.
Das Blendensystem im Punkt P₁ wiederum lässt nur diejenigen aus dem Kondensator austreten, die um 45° nach unten abgelenkt wurden.
x-Achse einen Winkel von 45° einschließt.

a) Weisen Sie nach, dass das Blendensystem bei P1 nur solche Ionen durchlässt, die bei P0 mit der Geschwindigkeit
formel

in das System eintreten.

b) Geben Sie den Abstand des Punktes P₁ von der x-Achse in Abhängigkeit von d₁ an.

c) Zeigen Sie, dass Ionen der Anfangsgeschwindigkeit v₀ beim Eintritt in das Magnetfeld im Punkt P₁ die Geschwindigkeit
formel

haben.

d) Leiten Sie eine Gleichung her, mit deren Hilfe man die spezifische Ladung der Ionen bestimmen kann, die im Detektor ankommen:
formel

Aufgabe 1306 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
(LK Baden-Württemberg 2000)
Ein ungeladener Kondensator der Kapazität C wird nach dem Schleißen eines Schalters zum Zeitpunkt t=0 s über den ohmschen Widerstand R = 500 Ω aufgeladen. Für den Aufladestrom in Abhängigkeit von der Zeit t ergeben sich die folgenden Messwerte:

t in s	0	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	10,0
I in mA	200	148	110	81	60	45	33	25	18	13	10

Stellen Sie die Messwerte in einem I(t)-Diagramm dar.
Bestimmen Sie die Spannung U₀ der Quelle, mit der der Kondensator aufgeladen wurde.
Berechnen Sie für den Zeitpunkt t₁ = 2,0 s mit Hilfe der Messwerttabelle die am Kondensator anliegende Spannung U_C(t₁).
Bestimmen Sie mit einer grafischen Methode näherungsweise aus dem I(t)-Diagramm die bis zum Zeitpunkt t₁ = 2,0 s geflossene Ladung Q₁ und damit die Kapazität des Kondensators.

Aufgabe 1307 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
(LK Baden-Württemberg 2000)

In einem Versuch werden verschiedene Plattenkondensatoren mit der Spannung U=25 v aufgeladen. Die Kondensatoren bestehen jeweils aus quadratischen Platten, die durch kleine Distanzscheiben aus Kunststoffgetrennt sind. Für verschiedene Kantenlängen a und Plattenabstände d wurden jeweils die Kondensatorladungen gemessen.

d = 1,0 mm

a in cm	20,0	28,3	40,0
Q in nC	9,1	18,1	36,6

a = 40 cm

d in mm	1,0	2,0	3,0
Q in nC	36,3	18,1	12,1

Zeigen Sie anhand der Messergebnisse, dass für die Kapazität dieser Plattenkondensatoren der Zusammenhang

gilt.
Bestimmen Sie mithilfe einer der beiden Messreihen die elektrische Feldkonstante.
In welcher Weise könnten die Distanzplättchen das Messergebnis für die elektrische Feldkonstante verfälschen?

Aufgabe 1308 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
(LK Baden-Württemberg 2000)
Ein luftgefüllter Kondensator mit quadratischen Platten der Kantenlänge a=40 cm und dem Plattenabstand d=2,0 mm wird zunächst an eine Spannungsquellemit der Spannung U=25 V angeschlossen. Dann wird der geladene Kondensator von der Spannungsquelle getrennt und mit einem ungeladenen Kondensator von der Spannungsquelle getrennt und mit einem ungeladenen Plattenkondensator der Kapazität C2=200 pF verbunden.

Welche Spannung U* stellt sich zwischen den Kondensatorplatten ein?
Berechnen Sie die Abnahme der elektrischen Feldenergie beim Verbinden der Kondensatoren.

Aufgabe 1310 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)

Ein ohmscher Widerstand, eine Spule und ein Kondensator sind in Reihe geschaltet und an einen Sinus-Generator angeschlossen. Der Generator liefert eine konstante Effektivspannung von 1,00 V.
Im Diagramm ist der Zusammenhang zwischen der Generatorfrequenz und der effektiven Stromstärke dargestellt.
a) Begründen Sie den Verlauf der Kurve.
b) Der Kondensator hat eine Kapazität von 2,0 µF. Zeigen Sie, dass der ohmsche Widerstand 118 W groß ist und die Spule eine Induktivität von 35,3 mH hat. Der ohmsche Widerstand der Spule ist so klein, dass er vernachlässigt werden kann.
c) Berechnen Sie die Spannungen, die bei einer Frequenz von 200 Hz über jeden der drei Bauteile gemessen wird.

d) Berechnen Sie die Phasenverschiebung zwischen Gesamtspannung und Stromstärke bei 200 Hz.
e) Stellen Sie die Größe der Phasenverschiebung in Abhängigkeit von der Frequenz im Bereich von 200 Hz bis 1000 Hz dar.

Aufgabe 1313 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
schaltung

Eine Spule mit der Eigeninduktivität L und dem Gleichstromwiderstand R₀ liegt mit einem ohmschen Widerstand R₁ von 30,0 Ohm in Reihe. Der ohmsche Widerstand des Strommessers wird vernachlässigt.
a) Zunächst wird einen Gleichspannung U_G von 12,0 V angelegt. Dabei ist die Stromstärke konstant 286 mA.
Anschließend legt man eine sinusförmige Wechselspannung mit dem Effektivwert von 12,0 V und der Frequenz von 85,0 Hz an. Am Strommesser kann man nun 261 mA. ablesen.
Berechnen Sie den Wechselstromwiderstand der Schaltung. Zeigen Sie, dass der Gleichstromwiderstand der Spule 12 Ohm und die Eigeninduktivität 35 mH beträgt.
b) Die Frequenz der Spannungsquelle wird nun bei unveränderter Spannung auf 200 Hz erhöht. Berechnen Sie die jetzt angezeigte Stromstärke sowie Effektivwerte der Spannungen über der realen Spule und dem ohmschen Widerstand R₁.
c) Für welche Frequenzen ist die Teilspannung über der realen Spule größer als die Spannung über dem ohmschen Widerstand?
d) Gegen welche Werte streben die eben berechneten Teilspannungen für sehr kleine und sehr große Frequenzen.
Begründen Sie Ihre Aussagen.

Aufgabe 1319 (Elektrizitätslehre, Induktionsvorgänge)
versuch

(Baden-Württemberg 2009)
In einer Versuchsanordnung befindet sich ein begrenztes homogenes Magnetfeld der Flussdichte 0,50 T, das senkrecht in die Zeichenebene hinein gerichtet ist. Ein quadratischer Drahtrahmen mit der Seitenlänge 8,0 cm wird mit der konstanten Geschwindigkeit von 0,16 m×s^-1 senkrecht zu den Feldlinien durch das Magnetfeld bewegt.
Zum Zeitpunkt 0 ist der rechte Rand des Rahmens 8,0 cm vom Magnetfeld entfernt.
a) Zwischen den Anschlüssen des Drahtrahmens wird zunächst ein hochohmiges Spannungsmessgerät angeschlossen.
Eines der angegebenen Diagramme gibt den Spannungsverlauf korrekt wieder.
Für welches Diagramm ist dies der Fall?
Begründen Sie Ihre Auswahl.

b) Nun wird das Spannungsmessgerät durch einen Strommesser ersetzt. Der Widerstand des gesamten Stromkreises beträgt 5,0 Ihm.
Zeichnen Sie ein I(t)-Diagramm.

c) Damit die Bewegung des Drahtrahmens gleichförmig verläuft, ist zeitweise eine Kraft notwendig.
Zeichen Sie das F(t)-Diagramm.

Aufgabe 1320 (Elektrizitätslehre, Schwingkreis)
(GK Bayern 2000)
Ein Kondensator mit der Kapazität C und eine Spule mit der Induktivität L bilden einen elektromagnetischen Schwingkreis, der ungedämpft mit der Eigenfrequenz f0 schwingt. Die Kapazität des Kondensators beträgt 22 nF. Bei der Spule handelt es sich um eine lang gestreckte Spule mit der Querschnittsfläche 31 cm², der Länge 30 cm und 20 000 Windungen.
a) Zeigen Sie, dass die Spule eine Induktivität von 5,2 H hat.
b) Untersuchen Sie, ob sich mit den gegebenen Bauteilen ein Schwingkreis aufbauen lässt, dessen Eigenfrequenz höchstens um 10% von 500 Hz abweichen soll.
c) Berechnen Sie den Maximalwert der Stromstärke in diesem Schwingreis, wenn der Maximalwert der Spannung 3,8 V beträgt.

Aufgabe 1343 (Elektrizitätslehre, Ladungen im elekt. und mag. Feld)
a) Ein Ion hat die Masse 3,65·10^-26 kg und ist einfach positiv geladen.
Es wird in einem homogenen elektrischen Feld aus der Ruhe heraus parallel zu den elektrischen Feldlinien auf die Geschwindigkeit 2,10×10⁵ m×s^-1 beschleunigt.
Berechnen Sie die dafür notwendige Beschleunigungsspannung.
versuch

b) Ionen gleicher Ladung und verschiedener Masse treten mit der Geschwindigkeit 2,10·10⁵ m×s^-1senkrecht zu den Feldlinien in ein zeitlich konstantes und homogenes Magnetfeld ein. Innerhalb des Feldes bewegen sich die Ionen auf Kreisbögen unterschiedlicher Radien. Die Auftrefforte werden durch einen Detektor bestimmt. Die Abbildung zeigt das Prinzip der Anordnung.

Ein einfach geladenes Ion der Masse 3,65·10^-26 kg tritt in das Magnetfeld ein. Der Radius der Kreisbahn beträgt 0,12 m.
Begründen Sie, dass eine Kreisbahn entsteht und berechnen Sie die Flussdichte des Magnetfeldes.
c) Ein Ion größerer Masse durchläuft eine Kreisbahn mit anderem Radius. Entscheiden Sie, ob dieser größer oder kleiner ist. Begründen Sie Ihre Entscheidung.

d) Um eine einheitliche Geschwindigkeit für alle Ionen zu erreichen, durchlaufen die Ionen gleichzeitig ein Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 0,60 T und ein von einem geladenen Plattenkondensator erzeugtes homogenes elektrisches Feld.
Berechnen Sie die elektrische Feldstärke, damit der Betrag der elektrischen Kraft auf ein Ion genau so groß ist, wie der Betrag der im Magnetfeld auf dieses Ion wirkenden Lorentzkraft.
(GK Sachsen 2018)

Aufgabe 1350 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Bei einem Experiment wurden bei einem Plattenkondensator zur Bestimmung der Kapazität folgende Messergebnisse erreicht:

Spannung in kV	1,4	1,9	2,8	3,9	4,8	5,7	6,8	7,5
Ladung in µC	2,1	2,8	3,9	6,0	7,2	8,6	9,7	11,1

a) Stellen Sie die Messwerte in einem geeigneten Koordinatensystem dar und erläutern Sie den Verlauf.
b) Ermitteln Sie die Kapazität des Kondensators. Nutzen Sie dabei die Messergebnisse und geben Sie den Mittelwert der Kapazität an.
c) Bei einer konstanten Spannung wird nun der Plattenabstand halbiert.
Treffen Sie eine Aussage über die Änderung der Ladung des Kondensators. Geben Sie eine Gleichung zur Abhängigkeit der Ladung vom Abstand d an.
(Berufliches Gymnasium Sachsen GK 2019)

Aufgabe 1351 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Aus einem 5,5 cm hohen fabrikneuen Stapel mit 500 Blatt A 4-Papier (ε_r=2,0) wird ein Blatt entnommen und zwischen zwei je 225 cm² große Metallplatten gelegt. Der so entstandene Plattenkondensator wird auf 20 V aufgeladen.
a) Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators und die darin gespeicherte Ladungsmenge.
b) Nach dem Aufladen des Kondensators wird er von der Spannungsquelle getrennt und das Papier herausgezogen, ohne den Plattenabstand zu ändern.
Geben Sie an, wie sich die Kapazität des Kondensators und die Spannung zwischen den Platten ändern.

c) An einem Plattenkondensator mit anderer Plattengröße wurde untersucht, welchen Einfluss die Verwendung mehrerer Lagen Papier zwischen den Platten auf die Kapazität des Kondensators hat. Dabei ergab sich folgende Wertetabelle:

n	1	2	4	6	8	10
C in pf	853	427	213	142	107	85

Stellen Sie die Abhängigkeit der Kapazität C von der Anzahl n der verwendeten Papierlagen grafisch dar.
Beschreiben Sie den mathematischen Zusammenhang dieser beiden Größen und begründen Sie Ihre Aussage.
(Berufliches Gymnasium Sachsen GK 2018)

Aufgabe 1352 (Elektrizitätslehre, Ladungen)
In einem Versuch werden Ladungsträger der Ladung Q = 1,6∙10^-19 C in einem homogenen elektrischen Feld mit der Spannung U aus der Ruhe beschleunigt und ihre dadurch erreichte Geschwindigkeit ermittelt. Dabei ergab sich folgende Messreihe:

U in V	0	25	50	100	150	200
v in 10⁵ m·s^-1	0	0,69	0,98	1,38	1,69	1,96

a) Zeichnen Sie das v-U-Diagramm und weisen Sie rechnerisch nach, dass formel

gilt. Geben Sie den Proportionalitätsfaktor mit entsprechender Einheit an.
b) Leiten Sie aus dem Energieerhaltungssatz eine Formel zur Berechnung des Proportionalitätsfaktors bei bekannter Masse her.
c) Ermitteln Sie aus der Messreihe die Masse des Ladungsträgers und führen Sie einen Einheitennachweis durch. Treffen Sie eine begründete Aussage, um welche Ladungsträger es sich handelt.
(Berufliches Gymnasium Sachsen, GK 2017)

Aufgabe 1359 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

An den Plattenkondensator wird eine Wechselspannung (U_eff = 110 V; f = 50 Hz) angelegt. Dabei fließt durch den Kondensator der Strom mit I_eff = 0,04 mA.
Die Plattenflächen sind quadratisch mit a = 30 cm. Der Plattenabstand beträgt d = 1 cm.
a) Berechnen Sie die Kapazität C₁ des Kondensators sowie die relative Dielektrizitätskonstante!

b) Bestimmen Sie die Kapazität C₂ des Kondensators, wenn er nur zur Hälfte mit dem Dielektrikum gefüllt ist (vgl. Abbildung)!
Der Kondensator C₁ wird jetzt auf die Gleichspannung 250 V aufgeladen. Nach dem Abtrennen der Spannungsquelle wird ein zweiter ungeladener Kondensator C_x parallelgeschaltet.
Dadurch sinkt die Spannung auf 69,71 V.
c) Bestimmen Sie die Kapazität C_x des zugeschalteten Kondensators!

Aufgabe 1361 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)

Gegeben sind drei mit Luft gefüllte Kondensatoren C₁ = 4 nF, C₂ = 2 nF und C₃ = 4 nF. Mit diesen drei Kondensatoren, einer Spannungsquelle mit U = 20 V und einem Schalter S wird die gezeichnete Schaltung aufgebaut.
Zunächst ist der Schalter S geschlossen.
a) Berechnen Sie:

die Gesamtkapazität C_ges der Schaltung
die einzelnen gespeicherten Ladungsmengen Q₁, Q₂ und Q₃ von jedem Kondensator,
die gesamte gespeicherte Energie Wges.

b) Jetzt wird der Schalter S geöffnet. Danach wird der Kondensator C₂ vollständig mit einem Dielektrikum (ε_r = 6) gefüllt.
Berechnen Sie:

Welche Spannung besteht zwischen den Punkten A und B?
Wie viel Ladung wird jetzt im Kondensator C₂gespeichert?

c) Der mit dem Dielektrikum gefüllte und geladene Kondensator C₂ wird jetzt aus der Schaltung genommen. Danach wird das Dielektrikum aus C₂ wieder herausgezogen (C₂ ist also wieder mit Luft gefüllt).
Berechnen Sie, welche Spannung jetzt am Kondensator C₂ anliegen!

Aufgabe 1368 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
Ein Plattenkondensator wird aufgeladen und dann von der Spannungsquelle getrennt. Wie ändern sich die Feldstärke im Innern des Kondensators und die Spannung zwischen den Platten, wenn der Plattenabstand
a) halbiert
b) verdoppelt
c) auf 10% verringert
d) um 30% vergrößert
wird?

Aufgabe 1370 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
In der Mitte zwischen zwei kreisförmigen Kondensatorplatten mit dem Radius 12,0 cm hängt an einem nichtleitenden Faden der Länge 1,80 m ein Kügelchen der Masse 0,47g. Das Kügelchen ist zunächst ungeladen. Der Plattenabstand beträgt 4,00 cm.
a) Zeigen Sie, dass der Kondensator in Luft eine Kapazität von C₀ = 10 pF hat.
b) Auf das Kügelchen bringt man eine Ladung q. Der Kondensator wird an eine Hochspannungsquelle mit der Spannung U = 1,2 kV angeschlossen. Dabei entfernt sich das Kügelchen um x₀ = 1,00 cm in horizontaler Richtung aus der Gleichgewichtslage.
Wie groß ist die Ladung des Kügelchens? (Von der Masse des Fadens, der Ausdehnung des Kügelchens und von Influenzladungen ist abzusehen.)
c) Die Spannungsquelle wird jetzt vom Kondensator abgetrennt. Danach verdoppelt man den Abstand der Kondensatorplatten.
Zeigen Sie ohne eine Berechnung mit Zahlen, dass sich die Auslenkung des Kügelchens nicht ändert.

Aufgabe 1371 (Elektrizitätslehre, Kondensatoren)
schaltung

Ein Kondensator der Kapazität C wird nach dem Schließen des Schalters zum Zeitpunkt t = 0 s über einen 100-Ohm-Widerstand aufgeladen. Das zugehörige I(t)-Diagramm ist in der Abbildung zu sehen.
a) Bestimmen Sie die Spannung der Spannungsquelle.
b) Lesen Sie aus dem Diagramm die Zeit t₁ ab, für die die Stromstärke auf den halben Anfangswert gefallen ist.
c) Bestimmen Sie die Spannung, die zu diesem Zeitpunkt am Kondensator anliegt.
d) Ersetzen Sie im Diagramm die Kurve vom Beginn bis zum Zeitpunkt t1 durch eine zugehörige Sehne und bestimmen Sie damit näherungsweise die in diesem Zeitintervall geflossene Ladung und die Kapazität des Kondensators.

Aufgabe 1376 (Elektrizitätslehre, Widerstände im Wechselstromkreis)
diagramm

Eine Spule hat einen ohmschen Widerstand von 500 Ohm. Sie wird an einen Sinusgenerator mit veränderlicher Frequenz angeschlossen und die Stromstärken durch die Spule bei verschiedenen Frequenzen gemessen. Die anliegende Spannung ist konstant 16,0 V.
Wird die Stromstärke über der Frequenz abgetragen, erhält man das im Bild gezeigte Diagramm.
a) Begründen Sie den Kurvenverlauf.
b) Zeigen Sie mit Hilfe des Diagramms, dass die Spule eine Induktivität von 0,44 H hat.
Die Spule wird nun mit einem Kondensator in Reihe geschaltet. Bei der Frequenz f₀ = 350Hz ist die Stromstärke maximal.
c) Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators.
d) Welche Spannungen misst man über dem Kondensator und über der Spule?

Nun wird zusätzlich ein weiteres Bauteil mit der Spule und dem Kondensator in Reihe geschaltet. Das Bauteil hat nur einen ohmschen Widerstand von 200 Ohm.
e) Wie groß ist jetzt die Stromstärke bei der Frequenz von 350 Hz?

f) Begründen Sie, ohne eine weitere Berechnung durchzuführen, dass es jetzt zwei verschiedene Frequenzen gibt, bei denen der fließende Strom 20 mA beträgt.