Aufgabe C 1: Elektrizitätslehre

Führen Sie Messungen und Berechnungen an zwei Blackboxes durch. In den zwei Blackboxes können sich ein ohmsches Bauelement, eine Spule (1000 Windungen ohne Eisenkern), zwei antiparallel geschaltete Halbleiterdioden oder eine Reihenschaltung aus einer Halbleiterdiode und einem ohmschen Widerstand befinden. Planen Sie die Experimente gemäß der folgenden Aufgabenstellungen und fordern Sie beim Aufsicht führenden Lehrer die erforderlichen Gerate und Hilfsmittel an.

1. Nehmen Sie im Gleichstromkreis die I-U-Kennlinie der vorgegebenen Blackboxes auf und stellen Sie diese grafisch dar.
   
   Informieren Sie sich beim Aufsicht führenden Lehrer über die einzuhaltenden Spannungsintervalle für die einzelnen Blackboxes.

   Anfordern geeigneter Geräte und Hilfsmittel: 1 BE
   Aufbau der Experimentieranordnung: 1 BE
   Erreichbare BE-Anzahl: 6

2. Führen Sie weitere Experimente durch um zu entscheiden, welche Bauelemente sich in den zwei Blackboxes befinden. Begründen Sie Ihre Aussagen.

Gleichstromkreis:
Blackbox a) zeigt einen/keinen Stromfluß, nach Umpolen zeigt a) keinen/einen Stromfluß ® Diode liegt vor, die in Sperrrichtung bzw. Durchlaßrichtung gepolt ist, Durchlaß: -Pol am n-Gebiet, +Pol am p-Gebiet
Blackbox b) zeigt vor und nach dem Umpolen denselben Stromstärkewert, ® antiparallele Dioden, Spule oder Ohmscher Widerstand

Wechselstromkreis:


• Stromstärke im Wechselstromkreis wesentlich geringer als bei derselben Spannung im Gleichstromkreis, ® zusätzlicher Widerstand, induktiver Blindwiderstand macht sich bemerkbar also liegt Spule vor !
• kein Ohmscher Widerstand, dann wären Stromstärken bei beiden Spannungen gleich groß,
• keine antiparallelen Dioden, Stromstärken müßten konstant bleiben, da jede Diode genau eine Halbwelle durchläßt.

Erreichbare BE-Anzahl: 6

3. Aus einer Spule unbekannter Induktivitat und einem Kondensator unbekannter Kapazität wird ein Schwingkreis gebildet. Planen Sie ein Experiment zur Ermittlung der Eigenfrequenz des Schwingkreises.

   • Bestimmen des Ohmschen Wirkwiderstandes der Spule im Gleichstromkreis,
   • Bestimmen des Scheinwiderstandes Z_RL im Wechselstromkreis bei einer bestimmten Frequenz f, Errechnen der Induktivität der Spule nach Umstellen der Gleichung
   • Bestimmen des Scheinwiderstandes Z_RC im Wechselstromkreis bei einer bestimmten Frequenz f, Errechnen der Kapazität des Kondensators nach Umstellen der Gleichung
   • Berechnen der Eigenfrequenz über THOMSONsche Schwingungsgleichung
   
   Oder:
   
   • Anlegen einer Wechselspannung mit variabler Frequenz,
   • Untersuchen, bei welcher Frequenz die Stromstärke im Schwingkreis gerade maximal wird, bzw. die Stromstärke zwischen Frequenzgenerator und Schwingkreis minimal wird.

   Erreichbare BE-Anzahl: 3