Elektromagnetismus - Elektr. Energie - Aufgaben

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Elektromagnetismus - Elektr. Energie - Aufgaben

Compendio „Atom- & Kernphysik, Elektromagnetismus

- Teile C & D: Elektrische Energie & Stromkreis

Aufgaben

1) Wir betrachten einen aufgeladenen Platten-Kondensator. Nun wird ein positiv geladenes

Kügelchen der Ladung q = 3 µC von der negativen Platte zur positiven Platte transportiert.

Dabei wird eine Arbeit von 9⋅10 -3 J verrichtet. Welche Spannung herrscht zwischen

den Platten ?

2) Zwischen zwei Kondensatorplatten mit 2 cm Abstand liegt die Spannung 1 kV. Wie

gross ist die Feldstärke E, wie gross die Kraft auf eine Probeladung q von 10 nC ?

3) Eine Bohrmaschine wird an 230 V eingesteckt und bleibt solange eingeschaltet, bis

12 C Ladung transportiert wurden. Welche Arbeit kann die Bohrmaschine verrichten ?

4) In welchen Situationen fliesst ein Strom ? In welchen der folgenden Zeichnungen brennt

die Glühbirne ?

5) a) Durch eine 25 W Glühbirne fliesst ein Strom von 0.11 Ampère. Wieviel Ladung fliesst

in 1 Minute durch die Birne ?

b) Wie viele Elektronen haben in dieser Zeit die Birne durchflossen ?

6) Eine Glühlampe werde an 230 V angeschlossen. Es fliesst ein Strom von 0.4 A. Welchen

Widerstand hat die Glühlampe ?

7) Zwei Glühbirnen mit je 400 Ohm Widerstand werden hintereinander in Serie geschaltet

und an 50 V Spannung angeschlossen. Welche Stromstärke stellt sich ein ?

Compendio „Atom- & Kernphysik, Elektromagnetismus“ – C&D: Elektr. Energie & Stromkreise - Aufgaben 1


8) Ein Widerstand von 30 Ω soll aus Konstantandraht mit dem Querschnitt 1.5 mm 2 hergestellt

werden. Wie viele Meter Draht sind notwendig ?

9) Ein Eisendraht von 8 m Länge besitzt einen Widerstand von 20 Ω. Bestimme seinen

Durchmesser.

10) Ein Messing- und ein Konstantandraht haben genau dieselben geometrischen Abmessungen.

Welcher Draht hat den höheren Widerstand ?

11) Durch einen Widerstand (R = 50 Ω) fliessen 1.8 A. Berechne die Leistung.

12) Darf man einen Widerstand (R = 30 Ω) an 230 V anschliessen, wenn er für eine

Höchstbelastung von 1400 W hergestellt wurde ?

13) Auf jedem elektrischen Gerät sind die Betriebsspannung und die Leistungsaufnahme

angegeben. Auf einer Glühlampe steht 220 V/60 W.

a) Berechne die Stromstärke und den Widerstand der Glühlampe.

b) Welche Energie wird "verbraucht", wenn wir die Lampe 8 h brennen lassen ? Wieviel

kostet der Bezug dieser Energie, wenn 1 kWh 20 Rp. kostet ?

14) Auf einem Heissluftfön steht 1500 W/230 V. Berechne die Stromstärke und den Widerstand

des Heizdrahtes bei dieser maximalen Leistung.

15) Vier 1.5 V Batterien betreiben

eine Glühbirne.

1 2

+ +

- -

3 4

+ +

- -

a) Füge in den Stromkreis 3 Ampèremeter ein: A 1 soll

den Strom durch Batterie 1 messen, A 2 soll den Strom

durch Batterie 2 messen und A soll den Strom durch

die Glühbirne messen. Wo müssen diese im Stromkreis

angebracht werden ?

b) Die Glühbirne besitzt einen Widerstand von 50 Ω. Bestimme

Stromstärke und Leistung an der Birne.

Lösungen / Lösungswege:

1) Aus W = q⋅U → U = 3000 V

2) Aus U = E⋅d → E = 5⋅10 4 N/C = 5⋅10 4 V/m; aus F = q⋅E → F = 5⋅10 -4 N

3) Aus W = q⋅U = 2760 J

4) In den Situationen 1-3 fliesst ein Strom, aber nicht durch die Birne (Kurzschluss der Batterie).

Die Birnen brennen nicht. In Situation 4 brennt die Birne: der Stromkreis ist über

Minuspol, Gewinde, Glühfaden, Lampensockel und Pluspol geschlossen. In Situation 5

fliesst kein Strom (kein Stromkreis).

Compendio „Atom- & Kernphysik, Elektromagnetismus“ – C&D: Elektr. Energie & Stromkreise - Aufgaben 2


5) a) Q = I⋅t, Q = 0.11A ⋅ 60s = 6.6 C b) Q = n⋅e, n = Q/e = 4.12⋅10 19 Elektronen

6) U = R⋅I, R = U/I = 575 Ω

7) Widerstände addieren sich; I = U/(2R) = 0.0625 A

8) R = ρ⋅l /A, l = R⋅A/ρ = 91.8 m

9) R = ρ⋅l /A, A = ρ⋅l /R = r 2 ⋅π → r =

ρ ⋅l

, ∅ = 2r = 0.22 mm

R⋅

π

10) Der Konstantandraht besitzt den 7fachen Widerstand des Messingdrahtes (vgl. spez.

Widerstand im Fundamentum S. 104)

11) U = R⋅I = 90 V, P = U⋅I = 162 W (oder direkt P = R⋅I 2 )

12) Nein, denn I = U/R = 7.67 A und P = U⋅I = 1.7 kW (oder direkt P = U 2 /R)

13) a) I = 0.27 A, R = 807 Ω

b) W = P⋅t = 60W⋅3600s⋅8= 1'728'000 J = (1kWh = 3.6⋅10 6 J) = 0.48 kWh,

Kosten: 10 Rp.

14) Aus P = U⋅I → I = 6.52 A, und U = R⋅I → R = 35.3 Ω

15) b) U = 3 V (nur 2 Batterien in Serie !!), I = U/R = 0.06 A, P = U 2 /R = 0.18 W

Compendio „Atom- & Kernphysik, Elektromagnetismus“ – C&D: Elektr. Energie & Stromkreise - Aufgaben 3

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