Wie kann man in einem Raumbereich die Existenz eines elektrischen Feldes nachweisen?
Indem man die Kraftwirkung auf eine Probeladung Q feststellt:
F = Q * E
F = Q * E
Wie ist die elektrische Spannung definiert?
Die Spannung ist die Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten im elektrischen Feld.
Bei welchem Verhältnis von Belastungswiderstand und Innenwiderstand einer Spannungsquelle wird die maximale Leistung übertragen?
R(v) = R(i)
Ein KErnkraftwerk hat einen Brennstoffverbrauch von 40.000MWd/t thermische Energie.
Das wie vielfache ist das gegenüber Kohle mit 8,14kWh/kg?
Das wie vielfache ist das gegenüber Kohle mit 8,14kWh/kg?
40.000MWd/t = 40.000MW * 24h / 1000kg = 960MWh
-> 960.000kWh / 8,14kWh = 117.936fach
-> 960.000kWh / 8,14kWh = 117.936fach
Erläutern sie den Leitungsmechanismus des elektrischen Stromes in metallischen Leitern:
Leitungsmechanismus:
Gute Leiter haben auf der äußeren Schale ein oder mehrere freie Elektronen mit geringer Bindungsenergie an den Atomkern, die als Leiterelektronen zur Verfügung stehen
Gute Leiter haben auf der äußeren Schale ein oder mehrere freie Elektronen mit geringer Bindungsenergie an den Atomkern, die als Leiterelektronen zur Verfügung stehen
Wie berechnet man den elektrischen Widerstand, wenn die Länge, der Querschnitt und die Materialart gegeben sind, in Abhängigkeit von der Temperatur?
Berechnung des elektrischen Widerstandes:
Der Widerstand ist der spezifischen Leitfähigkeit des Materials und der Länge der Strombahn proportional und dem Querschnitt der Strombahn umgekehrt proportional. Er ändert sich mit der Temperatur entsprechend den Koeffizienten alpha linear mit der Temperatur und beta quadratisch mit der Temperatur:
R = (p(20) * I) / A * [ 1 + alpha(20) * (v - 20°C)
+ beta(20) *(v - 20°C)^2]
Der Widerstand ist der spezifischen Leitfähigkeit des Materials und der Länge der Strombahn proportional und dem Querschnitt der Strombahn umgekehrt proportional. Er ändert sich mit der Temperatur entsprechend den Koeffizienten alpha linear mit der Temperatur und beta quadratisch mit der Temperatur:
R = (p(20) * I) / A * [ 1 + alpha(20) * (v - 20°C)
+ beta(20) *(v - 20°C)^2]
Was besagt der Poyntingvektor und wie ist dieser definiert?
Poyntingvektor:
Dieser gibt die Energieströmung im Feldraum in Ws/m^2 an
S(Vektor) = E(Vektor) x H(Vektor)
Dieser gibt die Energieströmung im Feldraum in Ws/m^2 an
S(Vektor) = E(Vektor) x H(Vektor)
Berechnen Sie den Widerstand eines Halbukelerders mit 5m Radius in Lehmboden.
R(E) = p(E) / ( 2 * PI * r) = 100Ohm / ( 2 * PI * 5m) = 3,18Ohm
(Für einen Staberder gilt exakt:
R(E) = p(E) / (2 * PI * l) * ln( (4*l) / d)
)
(Für einen Staberder gilt exakt:
R(E) = p(E) / (2 * PI * l) * ln( (4*l) / d)
)
Was ist bei Arbeiten in elektrischen Anlagen aus Sicherheitsgründen besonders zu beachten?
Besonders sind die 5 folgenden Sicherheitsregeln zu beachten:
1. allpolig abschalten
2. gegen Wiedereinschalten sichern
3. auf Spannungsfreiheit prüfen
4. Erden und Kurzschließen
5. benachbarte, spannungsführende Teile abschranken
1. allpolig abschalten
2. gegen Wiedereinschalten sichern
3. auf Spannungsfreiheit prüfen
4. Erden und Kurzschließen
5. benachbarte, spannungsführende Teile abschranken
Berechnen Sie die Magnetische Feldstärke H im Abstand 1m von einer Leitung durch die ein Strom von 1kA fließt
Es befindet sich in diesem Abstand die Rückleitung. Welche Kraft wird auf diese je Meter ausgeübt und ist diese Kraft anziehend oder abstoßend?
Es befindet sich in diesem Abstand die Rückleitung. Welche Kraft wird auf diese je Meter ausgeübt und ist diese Kraft anziehend oder abstoßend?
Magnetische Feldstärke H und Kraftwirkung F:
Magnetische Feldstärke:
H = I * I / ( 2 * Pi * r) = 1000A / (2 * PI * 1m) =159A/m
Kraft:
F = I * mü(0) * (l * H)
= 1000A * 4 * PI * 10^-7 Vs/Am * 1m * 159A/m
= 0,20Ws/m = 0,2N
Magnetische Feldstärke:
H = I * I / ( 2 * Pi * r) = 1000A / (2 * PI * 1m) =159A/m
Kraft:
F = I * mü(0) * (l * H)
= 1000A * 4 * PI * 10^-7 Vs/Am * 1m * 159A/m
= 0,20Ws/m = 0,2N
Für die Stromversorgung für einen Industriebetrieb mit einem Leistungsbedarf von 50MW und einem Jahresarbeitsbedarf von von 400GWh aus Kernkraftwerken entstehen Systemkosten für die Leistungsbereitstellung von p(L) = 350€/kW und für die elektrische Arbeit Brennstoffkosten Einschließlich der Endlagerung der radioaktiven Reststoffe von 2ct/kWh.
Berechnen Sie die Gesamtkosten, die Benutzungsdauer der Maximalleistung und die spezifischen Stromkosten in ct/kWh.
Berechnen Sie die Gesamtkosten, die Benutzungsdauer der Maximalleistung und die spezifischen Stromkosten in ct/kWh.
Stromversorgung für einen Industriebetrieb:
K = p(L) * P(max) + W(J) * P(A)
= 350€/kW * 50.000kW + 400 * 10^6kWh * 0,02€/kWh
= (17,5 + 8)*10^6^€ = 25,5Mio€
Benutzungsdauer:
T(m) = W(J) / P(max) = 400*10^6kWh / 50.000kW = 8000H
Spezifische Durchschnittskosten:
P(Durchschnitt) = K / W(J) = p(L) / T(m) + p(A)
= 350€/kW /8000h + 2ct/kWh = 6,375ct/kWh
K = p(L) * P(max) + W(J) * P(A)
= 350€/kW * 50.000kW + 400 * 10^6kWh * 0,02€/kWh
= (17,5 + 8)*10^6^€ = 25,5Mio€
Benutzungsdauer:
T(m) = W(J) / P(max) = 400*10^6kWh / 50.000kW = 8000H
Spezifische Durchschnittskosten:
P(Durchschnitt) = K / W(J) = p(L) / T(m) + p(A)
= 350€/kW /8000h + 2ct/kWh = 6,375ct/kWh
An einem Spannungsteiler mitdem Widerstand R = 100Ohm ist ein Lastwiderstand R(L) = 500Ohm angeschlossen. Die Spannung am Spannungsteiler beträgt U = 230V.
Der Schieber wird auf 30% hochgeschoben.
Welche Spannung liegt am Lastwiderstand?
Der Schieber wird auf 30% hochgeschoben.
Welche Spannung liegt am Lastwiderstand?
Spannungsteiler:
Da a = R(L) / R = 5 >> 1 ist gilt U = 30% von 230V d.h.U =69V
Da a = R(L) / R = 5 >> 1 ist gilt U = 30% von 230V d.h.U =69V
Wie groß ist die Driftgeschwindigkeit der Elektronen in einem Kupferdraht mit 2,5mm^2 Querschnitt, wenn der Strom I = 20A beträgt
V(D) = I / (n*e*A)
= 20A / (0,843*10^23cm * 1,602*10^-19As * 2,5*10^-2cm^2)
= 0,05924 cm/s
= 20A / (0,843*10^23cm * 1,602*10^-19As * 2,5*10^-2cm^2)
= 0,05924 cm/s
Ein R-C Reihenstromkreis mit C = 10mikroF (ungeladen) und R = 100Ohm wird zur Zeit t = 0 an einen Gleichspannung von 100V angeschaltet. Wie groß ist der Strom unmittelbar nach öffnen des Stromkreises (der Isolationswiderstand des offenen Schalters beträgt 1MOhm)?
Wie groß ist der Strom nach einer Millisekunde und nach einer Sekunde?
Wie groß ist der Strom nach einer Millisekunde und nach einer Sekunde?
t = +0: I = U / R = 100V / 100Ohm = 1A
t = T = R * C = 100Ohm * 10 *10 ^-6 s/Ohm = 1ms
I = 0,368A
T = 10s: I = 0A
t = T = R * C = 100Ohm * 10 *10 ^-6 s/Ohm = 1ms
I = 0,368A
T = 10s: I = 0A
Ein R-L Reihenstromkreis mit L = 1H und R = 100Ohm wird zur Zeit t = 0 von einer Gleichspannung von 100V abgeschaltet. Wie groß ist die Spannung am Schalter unmittelbar nach öffnen des Stromkreises (der Isolationswiderstand des offenen Schalters beträgt 1MOhm)?
Wie groß ist der Strom nach einer Mikrosekunde und nach einer Millisekunde?
Wie groß ist der Strom nach einer Mikrosekunde und nach einer Millisekunde?
t = 0+: I = U / R = 1A
Schalterspannung U(s) = I * R(S) = 10^6V
T = L / (R + R(s)) = 1Ohm*s/ 1000 * 100Ohm = 1mikro*s
t = 1mikro*s : I = 0,368A
t = 1milli*s : I = 0,1mA
Schalterspannung U(s) = I * R(S) = 10^6V
T = L / (R + R(s)) = 1Ohm*s/ 1000 * 100Ohm = 1mikro*s
t = 1mikro*s : I = 0,368A
t = 1milli*s : I = 0,1mA
Skizzieren sie die Schaltung eines Ohmschen Spannungsleiters und die Spannungskennlinie für x von 0 bis für eine sehr hochohmige Last und für eine niederohmige Last.
Hochohmig: U(x) = U(0) * x
Niederohmig: U(x) <= U(0) * x
Abweichung, weil die Spannung nicht proportional der Schieberstellung x sondern proportional dem Ersatz-Parallelwiderstand ist.
Niederohmig: U(x) <= U(0) * x
Abweichung, weil die Spannung nicht proportional der Schieberstellung x sondern proportional dem Ersatz-Parallelwiderstand ist.
Welcher besondere Lastfall liegt vor, wenn in einem elektrischen Stromkreis der Innenwiderstand gleich dem Abschlußwiderstand ist?
R(v) = R(i) nennt man den Lastfall der Leistungsanpassung d.h. die Leistung P(v) ist ein Maximum.
Bei einem Gebirgsfluss ist eine Wassermenge von 15 m^3 / s bei einer realisierbaren Fallhöhe von 200m machbar. Wie hoch ist die maximal erzielbare elektrische Leistung?
P = 10* Q * h = 10 * 15 *200kW = 30MW
Eine Windturbine gibt bei einer Windgeschwindigkeit von 12m/s eine Leistung von 5000kW ab. Wie hoch ist die macimale Leistungsabgabe bei einer Windgeschwindigkeit von 4m/s?
P2 = P1 * (v2/v1)^3 = 5000kW * (4/12)^3 = 185,2kW
Ein Kernkraftwerk erzeugt 60.000MWd thermische Energie je t Kernbrennstoff. Wiviel thermische Energie entsteht aus 1kg Natururan, wenn 1kg Brennstoff 10kg Natururam benötigt werden?
60.000MWd/t = 60.000MW * 24h / 1000kgNU
= 144.000kWh/kgNU
= 144.000kWh/kgNU
Warum ist bei einem thermodynamischen Kreisprozess ein Wirkungsgrad von Nahezu 100% physikalisch unmöglich?
Weil dem kalten Wasserdampf die Kondensationswärme one mechanischem Leistungsgewinn entzogen werden muss.
Es kann höchstens der Carnot-Wirkungsgrad erreicht werden.
Daher muss gelten:
Wirkungsgrad <= Wirkungsgrad(c) = (T1-T2) / T1 = 1 - T2 / T1
Es kann höchstens der Carnot-Wirkungsgrad erreicht werden.
Daher muss gelten:
Wirkungsgrad <= Wirkungsgrad(c) = (T1-T2) / T1 = 1 - T2 / T1
Wie hoch kann der Wirkungsgrad eines Dampfkraftwerkes höchstens sein, wenn die Kondensationstemperatur 30°C beträgt und die Frischdampftemperatur 500°C?
Die Temperatur am absoluten Nullpunkt beträgt -273,15°C.
Die Temperatur am absoluten Nullpunkt beträgt -273,15°C.
Carnot-Wirkungsgrad:
Wirkungsgrad(c) = (T1-T2) / T1 = 1 - T2 / T1
= (30 + 273,15) / (500 + 273,15) = 0,608
= 60,8%
Wirkungsgrad(c) = (T1-T2) / T1 = 1 - T2 / T1
= (30 + 273,15) / (500 + 273,15) = 0,608
= 60,8%
Ein Silberatom hat die Ordnungszahl 47 und das Atomgewicht 108. Wie ist der Atomaufbau und wie viel Elektronen befinden sich auf der äußeren Schale?
Wie nennt man ein solches Elektron?
Wie nennt man ein solches Elektron?
Atomaufbau:
-47 Protonen
- 108 - 47 = 61 Elektronen im Kern
- 2 + 8 + 18 + 18 +1 Elektronen in der in den Elektronenschalen
-1 Atom in der äußeren Schale
-> hohe Leitfähigkeit, geringe Kernbindung als freies Elektron
-Valenzelektron
-47 Protonen
- 108 - 47 = 61 Elektronen im Kern
- 2 + 8 + 18 + 18 +1 Elektronen in der in den Elektronenschalen
-1 Atom in der äußeren Schale
-> hohe Leitfähigkeit, geringe Kernbindung als freies Elektron
-Valenzelektron
Wieviel thermische Energie wird erzeugt bei der Verbrennung von 1t Steinkohle und bei der Spaltung von 1kg Uran235, wenn bei der Spaltung von 1kg U235 ein Massendefekt von 0,86g entsteht?
Die spez. Energie der Steinkohle beträgt 8,14kWh/kg.
Wie viel CO2 entsteht bei der Verbrennung der Steinkohle?
Atomgewichte: C = 12, O = 16
Die spez. Energie der Steinkohle beträgt 8,14kWh/kg.
Wie viel CO2 entsteht bei der Verbrennung der Steinkohle?
Atomgewichte: C = 12, O = 16
Steinkohle:
W = 8,14kWh/kg * 1000kg = 8.140kWh
Reaktionsgleichung:
C + O2 = CO2 + Energie 8,14kWh/kg
1tC + (32/12)tO2 = (44/12)tCO2
Kernspaltung:
E = delta m * c^2 = 0,86 *10^-3kg * (3 * 10^8m/s)
= 7,74*10^13Ws = 21,5*10^8kWh
W = 8,14kWh/kg * 1000kg = 8.140kWh
Reaktionsgleichung:
C + O2 = CO2 + Energie 8,14kWh/kg
1tC + (32/12)tO2 = (44/12)tCO2
Kernspaltung:
E = delta m * c^2 = 0,86 *10^-3kg * (3 * 10^8m/s)
= 7,74*10^13Ws = 21,5*10^8kWh
Warum ist die Kontaktbelastung bei der Abschaltung induktiver Stromkreise deutlich höher als bei rein ohmschen Stromkreisen?
Bei induktiven Kreisen ist der Strom durch die Induktivität wegen
W = 1/2 * L * I^2
Träger der Energie und kann sich daher nur stetig ändern. Daher muss beim Ausschalten ein Lichtbogen entstehen. Der Strom in ohmschen Kreisen kann sich sprunghaft ändern.
W = 1/2 * L * I^2
Träger der Energie und kann sich daher nur stetig ändern. Daher muss beim Ausschalten ein Lichtbogen entstehen. Der Strom in ohmschen Kreisen kann sich sprunghaft ändern.
Warum verringert sich die Kontaktbelastung an einem Schalter, wenn man eine R-C Reihenschaltung parallel zu den Kontakten schaltet?
Die parallel zu den Kontakten liegende R-C-Schaltung ermöglicht eine Verlagerung der Energie der Induktivität in den ungeladenen Kondensator, sodass die Spannung zum Zeitpunkt der Schalteröffnung Null ist und kein Lichtbogen entsteht.
Sie beabsichtigen durch eine Strom- und Spannungsmessung den Wert eines Widerstandes R den Sie bei einigen Ohm vermuten, nach dem ohmschen Gesetz zu bestimmen. Zeichnen sie die für diese Messung günstige Schaltung.
Wie nennt man diese Messschaltung in Bezug auf die Strom- oder Spannungsmessung?
Berechnen sie das Verhältnis des gemessenen Widerstandes zum wahren Wert des Widerstandes R.
Strommessgerät: R(i) = 0,1 Ohm
Spannungsmessgerät: R(i) = 100kOhm
Wie nennt man diese Messschaltung in Bezug auf die Strom- oder Spannungsmessung?
Berechnen sie das Verhältnis des gemessenen Widerstandes zum wahren Wert des Widerstandes R.
Strommessgerät: R(i) = 0,1 Ohm
Spannungsmessgerät: R(i) = 100kOhm
Widerstandsmessung eines kleinen Widerstands erfolgt in spannungsrichtiger Schaltung, weil dann der Fehler durch den hochohmigen Spannungszweig klein ist und der Strom dann fast genau erfasst wird.
Die Messchaltung ist Spannungsrichtigaufgebaut.
D.H. U(M) = U(R)
Gemessener Widerstand:
R(M) = U(M) / I(M) = U(R) / I(M)
Richtiger Wert:
R = U(R) / I(R) = U(R) / ( I(M) - I(V) )
= ( R(M) * R(iV) ) / ( R(iV) - R(M) )
Die Messchaltung ist Spannungsrichtigaufgebaut.
D.H. U(M) = U(R)
Gemessener Widerstand:
R(M) = U(M) / I(M) = U(R) / I(M)
Richtiger Wert:
R = U(R) / I(R) = U(R) / ( I(M) - I(V) )
= ( R(M) * R(iV) ) / ( R(iV) - R(M) )
Nach dem Anschluß eines Widerstandes von 22,6Ohm an eine Wechselstrom-Steckdose mit 230V Leerlaufspannung und 16A Sicherungsnennstrom wird eine Spannung von nur noch 226V gemessen.
Wie groß ist der Innenwiderstand dieser Spannung?
Wie groß ist der Kurschlussstrom?
Wie groß ist der Innenwiderstand dieser Spannung?
Wie groß ist der Kurschlussstrom?
Innenwiderstand des Netzes:
I = U / R = 226V / 22,6Ohm = 10A
R(i) = delta U / I = 4V / 10A = 0,4Ohm
Kurzschlussstrom:
I(K) = U(0) / R(i) = 230V / 0,4Ohm = 575A
I = U / R = 226V / 22,6Ohm = 10A
R(i) = delta U / I = 4V / 10A = 0,4Ohm
Kurzschlussstrom:
I(K) = U(0) / R(i) = 230V / 0,4Ohm = 575A
Was versteht man unter Leistungsanpassung?
Leistungsanpassung bedeutet: Innenwiderstand gleich Abschlusswiderstand.
Dies würde in der Energietechnik zu hohen Strömen führen und 50% Spannungsverlust und Verlustleistung bedeuten.
Daher wird sie in der Nachrichtentechnik angewandt
I= 1/2 * I(K) = U(0) / R(i)
Dies würde in der Energietechnik zu hohen Strömen führen und 50% Spannungsverlust und Verlustleistung bedeuten.
Daher wird sie in der Nachrichtentechnik angewandt
I= 1/2 * I(K) = U(0) / R(i)
Kartensatzinfo:
Autor: CoboCards-User
Oberthema: Maschinenbau
Thema: Elektrotechnik
Schule / Uni: FH Aachen
Ort: Aachen
Veröffentlicht: 24.09.2012
Tags: Prof. Alt
Schlagwörter Karten:
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