B2 – Elektrizitätslehre

2.1.0

Bei einer Stationenarbeit im Physikunterricht stehen an jeder Station die Widerstände $Formula: R_1= 100\;\Omega$ $Formula: R_1= 100\;\Omega$ , $Formula: R_2= 50\;\Omega$ $Formula: R_2= 50\;\Omega$ und ein Widerstand Formula: R_3 zur Verfügung. Diese Widerstände werden nun auf unterschiedliche Weise an eine Elektrizitätsquelle ( $Formula: U_{ges}= 12,0\;V$ $Formula: U_{ges}= 12,0\;V$ ) angeschlossen.

2.1.1

An Station 1 sind die beiden Widerstände Formula: R_1 und Formula: R_2 in Reihe und der Widerstand Formula: R_3 parallel dazu geschaltet.

Zeichne die zugehörige Schaltskizze.

2.1.2

An Station 2 ist die nebenstehende Schaltung aufgebaut. Nach dem Schließen des Schalters Formula: S_2 zeigt das Stromstärkemessgerät eine Gesamtstromstärke von $Formula: I_{ges}= 40,0\;mA$ $Formula: I_{ges}= 40,0\;mA$ an.

Zeige durch Rechnung, dass der Widerstand Formula: R_3 einen Wert von $Formula: 150\;\Omega$ $Formula: 150\;\Omega$ besitzt.

Einfacher Schaltplan: Widerstände R1,R2,R3, Schalter S1-S3, Amperemeter und 12,0 V Spannungsquelle.

2.1.3

In der Schaltung aus 2.1.2 werden die beiden Schalter Formula: S_1 und Formula: S_3 geschlossen und der Schalter Formula: S_2 geöffnet.

Berechne die am Stromstärkemessgerät angezeigte Stromstärke.

Schaltbild: drei parallel geschaltete Widerstände R1, R2, R3 an einer 12,0 V Spannungsquelle.

2.1.4

An Station 3 sind alle drei Widerstände parallel geschaltet.

Begründe, dass in dieser Schaltung die maximal mögliche elektrische Leistung umgesetzt wird.

2.2.0

In einem Versuch rutscht ein starker Scheibenmagnet auf einer schräg gestellten Kupfer- bzw. Glasplatte mit glatter Oberfläche hinab.

Dabei bewegt sich der Magnet auf der Kupferplatte deutlich langsamer als auf der Glasplatte.

2.2.1

Erkläre die im Vergleich zur Glasplatte verlangsamte Bewegung des Magneten auf der Kupferplatte mithilfe der Regel von Lenz.

Scheibenmagnet liegt auf geneigter Kupfer- bzw. Glasplatte

2.2.2

Entscheide durch Ankreuzen, ob die nachfolgenden Aussagen jeweils wahr (w) oder falsch (f) sind.

Bei sonst gleichen Bedingungen rutscht der Magnet auf der Kupferplatte …

… langsamer hinab als auf einer Eisenplatte.

… langsamer hinab als auf einer geschlitzten Kupferplatte.

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2.1.1

Schaltbild: Widerstand R3 parallel zur Serienschaltung von R1 und R2, zwei Anschlussklemmen oben.

2.1.2

$Formula: R_{\text{ges}} = \frac{U_{\text{ges}}}{I_{\text{ges}}}$ $Formula: R_{\text{ges}} = \frac{U_{\text{ges}}}{I_{\text{ges}}}$

$Formula: R_{\text{ges}} = \frac{12,0 \, \text{V}}{0,0400 \, \text{A}}$ $Formula: R_{\text{ges}} = \frac{12,0 \, \text{V}}{0,0400 \, \text{A}}$

$Formula: R_{\text{ges}} = 300 \, \Omega$ $Formula: R_{\text{ges}} = 300 \, \Omega$

$Formula: R_3 = R_{\text{ges}} - R_1 - R_2$ $Formula: R_3 = R_{\text{ges}} - R_1 - R_2$

$Formula: R_3 = 300 \, \Omega - 100 \, \Omega - 50 \, \Omega$ $Formula: R_3 = 300 \, \Omega - 100 \, \Omega - 50 \, \Omega$

$Formula: R_3 = 150 \, \Omega$ $Formula: R_3 = 150 \, \Omega$

2.1.3

$Formula: \frac{1}{R_{23}} = \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}$ $Formula: \frac{1}{R_{23}} = \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}$

$Formula: \frac{1}{R_{23}} = \frac{1}{50 \, \Omega} + \frac{1}{150 \, \Omega}$ $Formula: \frac{1}{R_{23}} = \frac{1}{50 \, \Omega} + \frac{1}{150 \, \Omega}$

$Formula: R_{23} = 38 \, \Omega$ $Formula: R_{23} = 38 \, \Omega$

$Formula: R_{\text{ges}} = R_1 + R_{23}$ $Formula: R_{\text{ges}} = R_1 + R_{23}$

$Formula: R_{\text{ges}} = 100 \, \Omega + 38 \, \Omega$ $Formula: R_{\text{ges}} = 100 \, \Omega + 38 \, \Omega$

$Formula: R_{\text{ges}} = 138 \, \Omega$ $Formula: R_{\text{ges}} = 138 \, \Omega$

$Formula: I_{\text{ges}} = \frac{U_{\text{ges}}}{R_{\text{ges}}}$ $Formula: I_{\text{ges}} = \frac{U_{\text{ges}}}{R_{\text{ges}}}$

$Formula: I_{\text{ges}} = \frac{12,0 \, \text{V}}{138 \, \Omega}$ $Formula: I_{\text{ges}} = \frac{12,0 \, \text{V}}{138 \, \Omega}$

$Formula: I_{\text{ges}} = 87,0 \, \text{mA}$ $Formula: I_{\text{ges}} = 87,0 \, \text{mA}$