Aufgabengruppe B - ISB - Bayern

Physik
Elektrizitätslehre I
Abschlussprüfung 2008
an den Realschulen in Bayern
Lösungsvorschlag
Aufgabengruppe B
Aufgabe B 1
B 1.1
Pel
= U⋅I Pel
= 3,4 V ⋅ 0,350 A
Pel
= 1,2W
B 1.2
A
V
B 1.3
I in mA
400
100
1,0 3,0
U in V
B 1.4
Lösung entsprechend dem Unterricht, z. B.:
• Eine Halbleiterdiode besteht aus einer n-Schicht mit frei beweglichen Elektronen, einer p-
Schicht mit Defektelektronen und einer ladungsträgerarmen Zone mit einer negativen Raumladung
in der p-Schicht und mit einer positiven Raumladung in der n-Schicht (elektrisches
Feld).
• Nur wenigen von der äußeren elektrischen Spannung angetriebenen energiereichen Ladungsträgern
gelingt es, das elektrische Feld der Raumladungen zu überwinden. Dies bewirkt einen
geringen Stromfluss.
• Erst ab der Schleusenspannung ist die ladungsträgerarme Zone abgebaut und die Stromstärke
nimmt deutlich zu.
B 1.5.1 Uv = Uges − ULE
D
Uv
= 4,5V− 3,4V
Uv
= 1,1V
R
U
1,1 V
v
v
= R
v
=
v
Iges
0,350 A
R = 3,1Ω
B 1.5.2
Q
t =
I
2800 mAh
t = t = 8,00h
350 mA

Physik
Elektrizitätslehre II
Abschlussprüfung 2008
an den Realschulen in Bayern
Lösungsvorschlag
Aufgabengruppe B
Aufgabe B 2
B 2.1.1
B 2.1.2
Beobachtung: Die Waage zeigt vorübergehend einen größeren Wert an.
Begründung entsprechend dem Unterricht, z. B.:
• Bewegt man den Stabmagneten mit dem Nordpol in das Spuleninnere, so wird die Spule von
einem stärker werdenden Magnetfeld durchsetzt.
• Die entstehende Induktionsspannung verursacht im geschlossenen Stromkreis einen Induktionsstrom,
dessen Magnetfeld nach der Regel von Lenz der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.
• An der oberen Spulenöffnung entsteht vorübergehend ein magnetischer Nordpol.
• Infolge der Abstoßung gleichnamiger Magnetpole zeigt die Waage kurzzeitig einen größeren
Wert an.
B 2.2.1
Versuchsbeschreibung entsprechend dem Unterricht, z. B.:
• Spulen mit unterschiedlichen Windungszahlen werden in Reihe an ein Spannungsmessgerät
angeschlossen.
• Man lässt nun einen Stabmagneten nacheinander aus der gleichen Höhe (und damit mit der
gleichen Geschwindigkeit) in das Innere der einzelnen Spulen fallen.
Ergebnis: Je höher die Windungszahl der Spule ist, desto größer ist die Induktionsspannung.
B 2.2.2
Die Induktionsspannung ist umso größer, je
• kürzer die Zeit ist, in der sich das Magnetfeld um einen bestimmten Betrag ändert,
• größer der Betrag ist, um den sich das Magnetfeld in einer bestimmten Zeit ändert.

Physik
Atom- und Kernphysik
Abschlussprüfung 2008
an den Realschulen in Bayern
Lösungsvorschlag
Aufgabengruppe B
Aufgabe B 3
B 3.1.1
N (t)
N 0
56 112 168 224 280 336 392
B 3.1.2
Das Radonisotop Rn-220 besitzt 220 Nukleonen
im Kern, davon sind 86 Protonen und 134
Neutronen.
Die Anzahl der Elektronen in der Hülle beträgt
86.
B 3.1.3
220 216 4
Rn → Po + He ( + γ )
86 84 2
t in s
B 3.2
t
1 T
N(t) = N ⋅ ⎛ ⎞
N(t)
0 ⎜ ⎟
t = T⋅log ⎛ 1 ⎜ ⎞
⎟
⎝2
⎠ N
2 ⎝ 0 ⎠
⎛0,40 ⋅ N ⎞
0
3
t = 5730 a ⋅log
1 ⎜ ⎟
t = 7,6⋅10 a
⎝ N0
⎠
2
B 3.3
Aufgaben entsprechend dem Unterricht, z. B.:
• Das Wasser kühlt die Brennstäbe.
• Es übernimmt den Energietransport für die bei der Kernspaltung freiwerdende Energie.
• Die Wassermoleküle bremsen die bei der Kernspaltung freiwerdenden schnellen Neutronen
ab, so dass diese weitere Kerne spalten können (Moderatorfunktion).
B 3.4
Entsprechend dem Unterricht, z. B.:
• anziehende Wirkung zwischen allen Nukleonen
• sehr geringe Reichweite

Physik
Energie
Abschlussprüfung 2008
an den Realschulen in Bayern
Lösungsvorschlag
Aufgabengruppe B
Aufgabe B 4
B 4.1
Energie für den Standby-Betrieb pro Jahr und Person:
3
= 0,16 ⋅1,2 ⋅10 kWh
Standby-Energie in Bayern:
Kosten :
Wel
el
6 2
W = 12,5⋅10 ⋅1,9⋅10 kWh
9 €
2,4 ⋅10 kWh ⋅ 0,20 kWh
Wel
Wel
2
= 1,9 ⋅10 kWh
= 2,4⋅10 MWh
7
48 ⋅10 €
6
B 4.2.1
B 4.2.2
Energieumwandlungen entsprechend dem Unterricht, z. B.:
chemische Energie der Kohle
↓
Verbrennung der Kohle
innere Energie der Verbrennungsgase
↓ Wärmetauscher
innere und mechanische Energie des Wasserdampfs
↓ Turbine
mechanische Energie der Turbine
↓
Generator
P
elektrische Energie
Nutz
P auf = auf
η
Energie in 24 h:
Steinkohlebedarf:
P
270 MW
=
0,36
2
W = 7,5 ⋅10 MW ⋅24 ⋅60 ⋅60 s
6,5 ⋅10 MJ
m =
MJ
30 kg
7
Pauf
= 7,5⋅10 MW
W = 6,5⋅10 MJ
7
3
2
m= 2,2⋅10 t
B 4.2.3
P
Nutz
P auf = Pauf
η
Lageenergie des Wassers:
Wpot
270 MW
=
0,85
= m⋅g⋅
h
P = 3,2⋅
10
auf
2
MJ
s
Masse des Wassers:
W pot
m = g⋅ h
8 Nm
3, 2 ⋅10 ⋅1s
m =
s
N
9,81 ⋅ 200 m
kg
2
m= 1,6⋅10
t