Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1995/96

Aufgabe 7 Elektrizitätslehre

7.1 Bei einem Experiment wurde für eine Glühlampe folgende Messwerttabelle erstellt:

7.1.1 Stellen Sie die Stromstärke I in Abhängigkeit von der Spannung U in einem Diagramm dar.

7.1.2 Berechnen Sie für den kleinsten und größten Wert der angelegten Spannung den elektrischen Widerstand.

7.1.3 Vergleichen Sie die Widerstände.
Begründen Sie.

7.2      Die Stromversorgung eines PKW erfolgt über eine 12 V-Spannungsquelle. Für die Bremsleuchten verwendet man dabei meist Glühlampen (12 V/21 W).

7.2.1 Berechnen Sie die Stromstärke, die beim Bremsen durch eine solche Glühlampe fließt.

7.2.2 Ein PKW verfügt über mindestens zwei Bremsleuchten.
Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan.

7.2.3 Begründen Sie die gewählte Schaltung.

7.3      Der elektrische Strom kann durch eine Halbleiterdiode nur in einer Richtung fließen. Diese Aussage soll experimentell bestätigt werden.

7.3.1  Erläutern Sie das Experiment.
Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan.

7.3.2 Beschreiben Sie den Aufbau einer Halbleiterdiode.

7.3.3 Nennen Sie eine Anwendung von Halbleiterdioden.

7.4    Leuchtemitterdioden (LED's) werden häufig als Kontrolleuchten in Kassettenrekorder eingebaut. Die Betriebsspannung eines Rekorders ist mit 12 V angegeben. Um eine LED (2,5 V/30 mA) einzubauen, ist ein Vorwiderstand notwendig.

7.4.1 Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan.
Verwenden Sie für die LED das Schaltzeichen einer Glühlampe.

7.4.2 Berechnen Sie den elektrischen Widerstand des Vorwiderstandes.

7.4.3 Ermitteln Sie die elektrische Leistung der Leuchtemitterdiode.

 Lösung Aufgabe 7 Elektrizitätslehre
(Bitte beachten Sie den Hinweis am Ende der Seite

7.1.1

7.1.2  ges.: R
geg.: U₁ = 1,1 V; U₂ = 6 V
I₁ = 0,16 A; I₂ = 0,3 A

Lösung:

7.1.3  R₁ < R₂
Je höher die Spannung an der Glühlampe, desto höher ist auch die Temperatur des Glühdrahtes. Bei höherer Temperatur eines metallischen Leiters steigt auch dessen Widerstand, da die Bewegung der Elektronen im Metallgitter immer stärker durch die schwingenden Gitterbausteine behindert wird.
Daher ist der Widerstand bei geringerer Spannung auch geringer als der Widerstand bei höherer Spannung.

7.2.1  geg.: U = 12 V
P = 21 W

ges.: I

Lösung:

Die Stromstärke beträgt 1,75 A.

7.2.2

7.2.3 Die Lampen sind parallel geschaltet wegen der
a) notwendigen Spannungsgleichheit der Lampen
b) Beim Ausfall einer Bremsleuchte brennt die zweite noch, bei einer Reihenschaltung würden sofort beide Leuchten nicht mehr funktionieren.

7.3.1 Eine Spannungsquelle, eine Diode und ein Strommesser (oder eine Glühlampe) werden in Reihe geschaltet. Nach dem der Stromkreis geschlossen wurde, beobachtet man Strommesser und Lampe. Dann polt man die Spannungsquelle um und führt das Experiment nochmals durch.

7.3.2 Eine Halbleiterdiode besteht aus einem p-Gebiet (Überschuss an Löchern) und einem n-Gebiet (Überschuss an frei beweglichen Elektronen). In der Mitte befindet sich ein sogenannter p-n-Übergang.

7.3.3 Halbleiterdioden finden in Gleichrichterschaltungen Anwendung.

7.4.1

7.4.2 geg.: U = 12 V
U_L = 2,5 V
I_L = 30 mA = 0,03 A

ges.: R_V

Lösung:

a) Berechnung der Spannung am Vorwiderstand:
U_V = U - U_L
U_V = 12 V - 2,5 V
U_V = 9,5 V

b) Berechnen des Vorwiderstandes

Der Vorwiderstand muss 317 Ohm betragen.

7.4.3 geg.: U = 2,5 V
I = 0,03 A

ges.: P

Lösung:

P = U · I
P = 2,5 V · 0,03 A
P = 0,075 W

Die elektrische Leistung der LED beträgt 0,075 W.

Alle Lösungen auf einen Blick

Hinweis: Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen des jeweiligen Autors und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus. Der Autor garantiert nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösung.

Herzlichen Dank an meine Kollegin Ines Stiller, die diese Lösungen kritisch begutachtete.