1) Ein Sinusgenerator stellt sinusförmige Wechselspannungen einstellbarer Fre-quenz her. Eine eisenfreie Experimentierspule wird an den Sinusgenerator angeschlossen. Die angelegte Effektivspannung und die Effektivstromstärke werden gemessen. Bei der Frequenz  f1 = 100 Hz und Ueff = 10,0 V ergibt sich  Ieff,1 = 1,49 A; bei der Frequenz  f2 = 200 Hz und Ueff = 10,0 V ergibt sich  Ieff,2 = 0,78 A.

a. Welche Induktivität L und welchen ohmschen Widerstand R besitzt die Spule ?

b. In die Spule wird ein kurzer Eisenkern eingeschoben. Damit bei der Effektivspan-nung  Ueff = 10,0 V die Effektivstromstärke Ieff,2 = 0,78 A wieder erreicht wird, muß die Frequenz auf f3 = 40 Hz vermindert werden. Welche Induktivität LEK  hat die Spule mit Eisenkern ?

c. Die max. Effektivspannung des Sinusgenerators beträgt Ueff,max = 15,0 V. Hätte man im Fall b. die Effektivstromstärke Ieff,2 = 0,78 A unter Beibehaltung der Frequenz f2 = 200 Hz auch durch eine Erhöhung der Effektivspannung erreichen können ?

2)  Bei der Herstellung von Kunststoffolien wird deren Dicke laufend gemessen. Dazu wird die Folie zwischen den Platten eines Kondensators dicht anliegend hindurchgezogen. Sie verändert dadurch den Plattenabstand entsprechend der Foliendicke.

 a. An einem solchen Kondensator der Fläche A = 2 x 10-2  m2  liegt eine sinus-förmige  Wechselspannung von Ueff = 20 V und f = 1000 Hz. Berechne die Stromstär-ke  Ieff  für die Foliendicke d = 10-5  m, wenn die relative Dielektrizitätskonstante  er =5  ist !   Berechne  ferner aus  dieser  Stromstärke  die Stromstärken für  d = 2 x 10-5 m,

4 x 10-5 m, 6 x 10-5 m, 8 x 10-5 m, 10 x 10-5 m und stelle in einem Diagramm  Ieff  in Abhängigkeit von d dar.  

b. Die Solldicke der Folie ist  5 x 10-5 m. Zu dem Kondensator wird nun eine passende Spule in Reihe geschaltet, so daß bei dieser Dicke ein relatives Maximum der Stromstärke  Ieff  entsteht. Berechne den induktiven Blindwiderstand und die In-duktivität der Spule. Der ohmsche Widerstand dieser Spule ist  R0 = 100 W. Berechne nun für diese Anordnung  Ieff  für d = 2 x 10-5 m, 4 x 10-5 m, 6 x 10-5 m, 8 x 10-5 m. Stelle auch hier in einem Diagramm  Ieff  in Abhängigkeit von d dar.

 

c. Welchen Vorteil hat das Meßverfahren nach Teilaufgabe b. gegenüber dem nach Teilaufgabe a., wenn Abweichungen der Foliendicke vom Sollwert festgestellt wer-den  sollen ? Welcher Nachteil muß dafür in Kauf genommen werden ?

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e0 = 8,86 x 10-12 AsV-1m-1 

3)An einem Seil der Länge l hängt ein Körper K mit der Masse m. Zeige, daß K für kleine Auslenkungswinkel  a  harmonische Schwingungen ausführt. Bei der Pendellänge l1 beträgt die Periodendauer T1 = 2,70 s. Bei der um 0,5 m kürzeren Pendellänge l2 beträgt die Perioden-dauer T2 = 2,30 s. Berechne daraus die Erdbeschleunigung g!

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5)

 
 


 

6)

 
 

 

 

 



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8)

9)

 

 

10) Ein Kondensator mit der Kapazität C wird bei der in Abb. 1 gezeichneten Schaltung aufgeladen, wenn der Schalter S geschlossen wird. Während des Aufladevorgangs misst man am Widerstand R = 5 kW den in Abb. 2 gezeichneten Spannungsverlauf.

 

a) Welche Spannung U1 hat die Quelle, und welche maximale Stromstärke fließt im Kreis?

    Skizziere qualitativ den U(t)-Verlauf, wenn ein anderer Kondensator mit erheblich größerer

    bzw. mit erheblich kleinerer Kapazität verwendet wird (mit Begründung).

b) Entnimm aus dem Diagramm, welche Spannung am Kondensator zur Zeit t1 = 5 . 10-3 s 

     liegt. Für 0 < t < t1 kann U(t) durch eine Gerade angenähert werden. Berechne damit

     näherungsweise die Ladung, die bis zum Zeitpunkt t1 geflossen ist, und die Kapazität C.

c) In einem zweiten Versuch werden eine Wechselspannungsquelle mit Ueff = 220 V,

    f = 50 Hz und ein Kondensator mit C = 3 mF verwendet. Der Schalter S bleibt geschlossen.

    Welche max. Spannung tritt jetzt an R auf?

d) In der Anordnung zum zweiten Versuch soll nun noch eine Spule in Reihe geschaltet

     werden, sodaß der durch R fließende Strom möglichst groß wird. Welche Eigeninduktivität    

     muß die Spule besitzen?

 

11) Eine feststehende Kugel mit leitender Oberfläche hat die Kapazität  C = 25  pF. Sie wird durch Berühren mit einer Spannungsquelle bei der Spannung U = 6,0kV gegen Erde aufgeladen. Eine in der Nähe befindliche, isoliert aufgehängte, gelade-ne Probekugel schlägt aus und kommt im horizontalen Mittelpunktsabstand r =28cm in eine Gleichgewichtslage. Die Probekugel hat die Masse m = 2,0 g. Der Aus-schlagswinkel ist  a = 12,0o 

a. Welche Ladung Q nimmt die feststehende Kugel auf?

b. Wie groß ist die Ladung q der Probekugel?

 

12) Ein Plattenkondensator besteht aus 2 vertikalen, quadratischen Platten der Sei-tenlänge  l = 28,3 cm, zwischen denen sich Luft  (er;Luft  = 1,00) befindet. Der Platten-

abstand beträgt d = 5,0 mm.

a. Der Plattenkondensator wird an eine Spannungsquelle mit 1,20 kV ange-schlossen. Berechne die elektrische Feldstärke zwischen den Platten, sowie die Kapazität, die Ladung und die Energie des Kondensators !

b. Nach dem Abtrennen des Kondensators von der Quelle wird der Plattenabstand verdoppelt. Wie ändern sich die elektrische Feldstärke, die Kapazität, die Spannung und die Energie des Plattenkondensators ?

c. Der Plattenkondensator aus Teilaufg. a. wird nach dem Abtrennen von der Quelle jetzt mit einem Elektroskop verbunden. Dieses zeigt die Spannung   UE = 0,90 kV an. Wie ist das Absinken der Spannung zu erklären ? Welche Kapazität  CE  hat das Elektroskop ?

d. Der Plattenkondensator wird nun bis zur Füllhöhe h mit Benzin ( er;Benzin = 2,4) ge-

füllt. Gib die Kapazität  C(h)  in Abhängigkeit von der Füllhöhe h an !  Zeichne das C-h-Diagramm !  (5cm Füllhöhe   1 cm; 100 pF   1 cm)

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e0  = 8,85 .  10-12  AsV-1m-1    ;  g = 9,81 ms-2   

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