Aufgaben zu Elektrizität und Magnetismus¶

Elektrische Ladung¶

Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Elektrische Ladung.

(*) Warum laden sich beim Reiben zweier Körper stets beide Körper elektrisch auf?

Lösung

Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Stromstärke, Spannung und Widerstand.

Ohmsches Gesetz

(*) Die Stromquelle eines Stromkreises stellt eine Spannung von $U = \unit[5,0]{V}$ bereit. Welchen Widerstand hat der Stromkreis insgesamt, wenn die Stromstärke $I = \unit[0,2]{A}$ beträgt?

Lösung

(*) Der Gesamt-Widerstand in einem Stromkreis beträgt $R = \unit[800]{\Omega}$ , die Stromquelle stellt eine Spannung von $U = \unit[12]{V}$ bereit. Wie groß ist dabei der Betrag der Stromstärke?

Lösung

(*) Wie groß ist die Stromstärke in einem Stromkreis mit einem Gesamt-Widerstand von $\unit[75]{\Omega }$ , wenn eine Spannung von $U=\unit[230]{V}$ angelegt wird?

Lösung

(*) Welche Spannung ist nötig, um in einem Stromkreis mit einem Gesamtwiderstand von $R = \unit[50]{\Omega }$ eine Stromstärke von $I = \unit[0,3]{A}$ zu erreichen?

Lösung

(*) Bei einer Spannung von $U = \unit[230]{V}$ beträgt die Stromstärke eines Stromkreises $I = \unit[4,0]{A}$ . Wie groß ist der Gesamt-Widerstand des Stromkreises?

Lösung

Spezifischer Widerstand

(*) Wie groß ist der elektrische Widerstand eines Kupferdrahts mit einem Radius von $r=\unit[2,0]{mm}$ und einer Länge von $l=\unit[10]{m}$ ? Der spezifische Widerstand von Kupfer beträgt $\rho_{\mathrm{Cu}} = \unit[0,0156]{\Omega \cdot \frac{mm^2}{m} }$ .

Lösung

(*) Wie groß ist der elektrische Widerstand eines Kupferdrahts mit einem Radius von $r=\unit[8,0]{mm}$ und einer Länge von $l=\unit[11,4]{km}$ ? Der spezifische Widerstand von Kupfer beträgt $\rho_{\mathrm{Cu}} = \unit[0,0156]{\Omega \cdot \frac{mm^2}{m} }$ . Welchen Widerstand hätte ein baugleicher Draht aus Aluminium $(\rho_{\mathrm{Al}} = \unit[0,0265]{\Omega \cdot \frac{mm^2}{m}})$ oder Edelstahl $(\rho_{\mathrm{Edelstahl}} = \unit[0,720]{\Omega \cdot \frac{mm^2}{m}})$ ?

Lösung

(*) Welchen Durchmesser muss ein Eisendraht mindestens haben, wenn er bei einer Länge von $l=\unit[50]{m}$ einen elektrischen Widerstand von weniger als $R = \unit[1,0]{\Omega }$ aufweisen soll? Der spezifische Widerstand von Eisen beträgt circa $\rho_{\mathrm{Fe}} = \unit[0,125]{\Omega \cdot \frac{mm^2}{m} }$ .

Lösung

Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Elektrische Felder.

(*) Im Blitzgerät einer Foto-Kamera ist ein Kondensator mit einer Kapazität von $C=\unit[220]{\mu F}$ als Energiespeicher eingebaut. Wie viel Energie wird beim Auslösen des Blitzes beziehungsweise Entladen des Kondensators freigesätzt, wenn der Kondensator mit einer Ladespannung $U=\unit[6,0]{V}$ voll geladen war?

Lösung

(*) Ein Strom mit einer konstanten Stärke von $\unit[3]{mA}$ fließt durch einen Kondensator mit einer Kapazität von von $\unit[470]{\mu F}$ . Welche Spannung hat sich nach 1, 2, 3, 4 beziehungsweise 5 Sekunden aufgebaut? Welche Energiemenge sind zu den jeweiligen Zeitpunkten im Kondensator gespeichert?[1]

Lösung

Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Magnetismus.

(*) Der Nordpol einer Magnetnadel zeigt annähernd zum geographischen Nordpol der Erde. Was folgt daraus für den magnetischen Nord- bzw. Südpol der Erde, wenn man bedenkt, dass sich gleichnamige Pole abstoßen und ungleichnamige Pole anziehen?

Lösung

Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Elektrische Arbeit, Energie und Leistung.

(*) Wie groß ist die Stromstärke, die durch eine $\unit[40]{W}$ -Glühbirne fließt, die mit $\unit[230]{V}$ Spannung betrieben wird? Welche Energiemenge $E$ wird dabei bei einer Betriebsdauer von $t = \unit[6,0]{h}$ benötigt? Welche Ladungsmenge $Q$ fließt in dieser Zeit durch die Glühbirne? Q = I cdot t

Lösung

(**) Eine Glühbirne wird mit einer Leistung von $P=\unit[2,5]{W}$ bei einer Spannung von $V=\unit[6,0]{V}$ über eine Zeitdauer von $\Delta t = \unit[5,0]{min}$ betrieben. Wie viele Elektronen fließen in dieser Zeit durch die Glühbirne?

Lösung

(*) Die Leistung eines Wasserkochers ist mit $\unit[1\,800]{W}$ angegeben. Wie groß ist die Stromstärke, die sich durch Anlegen einer Spannung von $\unit[230]{V}$ ergibt?

Lösung

(**) Die an einem elektrischen Heizgerät anliegende Spannung $U$ soll um $25\%$ erhöht werden. Um wie viel Prozent steigt dadurch die elektrische Leistung des Heizgeräts, wenn der Heizwiderstand $R$ als konstant angenommen werden kann?

Lösung