Draht, Glühbirne, Induktion

Llecter · Anmeldungsdatum: 31.05.2005 Beiträge: 12

Hallo zusammen,

Leider schreibe ich morgen eine für mich äußerst wichtige Elektrodynamikklausur, und bin schon seit einiger Zeit fleissig am lernen. Leider hält sich mein Physikverständniss in recht engen Grenzen, und so hab ich einige Fragen zu Beispielaufgaben.

Sorry für diesen sehr langen Post. Ich bin mir in vielen Dingen noch unsicher, und bitte euch daher, falls ihr Zeit habt, euch zumindest mal eine der Fragen anzuschauen, und eure Meinung kund zu tun. Ich möchte hier keine vollständigen Lösungen oder sowas, es geht mir lediglich ums Verständnis, ich habe mir, wie ihr seht auch schons elbst Gedanken dazu gemacht, und bin mir nur eben nicht sicher oib das überhaupt stimmt, was ich da will...=/

Insbesondere Frage Eins und Drei sind mir wichtig, da ich dort die größten Unsicherheiten habe, und diese Durchaus in der morgigen Klausur abgefragt werden könnten...

Erste Aufgabe:

Die Querschnittsfläche des Zuleitungsdrahtes von der Batterie zur Glühbirne ist fünfmal größer als der Durchmesser des Glühdrahtes. Wie verhält sich die Anzahl der transportierten Elektronen durch Zleitungsdraht im Verhältnis?

Meine bisherigen Gedanken:

Da der Durchmesser des Glühdrahtes kleiner ist, ist der Widerstand größer als der des Zuleiters, daher können dort entsprechend weniger Elektronen fliessen. Würden im Zuleiterdraht aber tatsächlich 5x mehr Elektronen fliessen, käme es an der Übergangsstelle ruckzuck zu einem Rückstau. Das glaube ich nicht, weil ich in diesem Zusammenhang noch nie was gehört habe, unds mir nicht so recht vorstellen kann, den Elektronenstau. Daher gehe ich von der Annahme aus, dass im Zuleiter genauso viele Elektronen fliessen wie im Glühdraht. Demnach müsste die Spannung dort geringer sein als im Glühdraht, da im Glühdraht die Arbeit pro LAdung größer ist, um sie hindurch zu transportieren.
Fazit: Gleichviele Elektronen, aber höhere Spannung im Glühdraht. Richtig? Falsch? Wenn ja, wie verhält es sich sonst?

Zweite Frage:

Eine Glübirne hat einen Wirkungsgrad von 6%
a) Was geschiet mit dem Rest?
b) Die Glühbirne hat eine Leistung von 60 Watt. Wieviel Energie wird in sichtbares Licht umgewandelt, wie groß ist die Verlustenergie? In Joule.

Meine bisherigen Gedanken:
a) Die restliche ernegie wird in andere Energieformen transformiert, hier fast ausschließlich Wärmeenergie.
b) Ich bin von der Formel P = U*I ausgegangen, woraus sich ergibt:
P =W/t. P ist bekannt (60 Watt), t ebenfalls (1h bzw 3600s), woraus ich durch umstellen nach w errechnen konnte, was w 216kJ entspricht, und die Energie des sichtbaren Lichts knapp 13kJ, die Verlustenergie damit gut 200kJ.
So, an sich scheint mir dfas alles richtig zu sein. Nur hab ich gestern mit einem Kommilitonnen gelernt, der alte Übungsblätter einer Vorgängerin besitzt, in welchen diese Aufgabe auch bearbeitet wurde. Und dieses Mädel hat einen völlig anderen Ansatz gewählt, rechnete plötzlich mit Amper rum, und kam als Ergebniss auf 0,26 J für die sichtbare Lichtenergie. Mein Kommilitonne konnte diese Rechnung zwar ebenfalls nicht nachvollziehen, ist sich aber sicher, dass dies die richtige Lösung ist, da er Sie ennt und sie anscheinend ziemlich ahnung von de rMaterie hat. Leider hab ich die Unterlagne nicht da, so dass ich jetzt keine Formeln angeben kann, wie sie es gelöst hat =/ Ist meine Version richtig? Wie geht es evtl noch anders?

Dritte Frage...

http://img186.imageshack.us/img186/1715/klausursl1.jpg

Ein Abschrieb aus der Vorjahresklausur. Ich denke im ersten Fall, dass hier eine Induktionsspannung erzeugt wird, durch eine Leiterschleife, die in ein Magnetfeld gehalten wird. Im zweiten Fall passiert nichts, weil die die Leitschleicfe waagerecht zu den Magnetfeldlinien steht und nicht von ihnen durchdrungen wird. Ist das so richtig?

Eine weitereführende Frage gibt an, dass eine der beiden Zeichnungen die Grundlage für Wechselstrom sei.

Das müsste mMn dann die Linke sein. Hier kann durch Änderung der Richtung (?) des Magnetfeldes eine Änderung der Stromrichtung in der Leiterschleife bewirkt werden. Ist das richtig? Ich hab mir das alles mehr oder weniger zusammen gereimt, und bin leider völlig unsicher...

Danke für jegliche Hilfe, egal wie kurz sie auch ausfällt!

[Ich habe mal versucht, den Titel inhaltlich ein bisschen aussagekräftiger als "Einige Fragen zur Klausurvorbereitung" zu machen. Schönen Gruß, dermarkus]

Iduna · Anmeldungsdatum: 15.01.2007 Beiträge: 313

also bei aufgabe eins ist es so, dass sich nur die Stromdichte j ändert, die vergrößert sich um den Faktor 5, ansonsten bleibt alles gleich.

Bei der dritten Aufgabe bin ich mir selbst nicht so sicher, das was du als erstes gesagt hast, würde ich auch so schreiben aber das mit dem Wechselstrom weiß ich auch nicht

Llecter · Anmeldungsdatum: 31.05.2005 Beiträge: 12

Danke schonmal smile

mitschelll · Anmeldungsdatum: 06.12.2007 Beiträge: 362

Zur zweiten Frage:
a) Kannst Du vielleicht präzisieren, wohin die Energie genau geht?

b) Es ist nach der Energie des sichtbaren Lichts gefragt. Glühlampen strahlen i.A. nur in einem kleinen Teil im sichtbaren Spektrum des Lichtes. Der Rest ist elektromagn. Strahlung, die für das Auge nicht sichtbar ist. Das heißt, du müsstest eine Annahme machen (oder nachschlagen) wieviel das sichtbare Licht vom gesamten Spektrum der Glühlampe ausmacht.

mitschelll · Anmeldungsdatum: 06.12.2007 Beiträge: 362

zur dritten Aufgabe:
Die Skizze scheint nicht vollständig zu sein. So wie Du es beschrieben hast, ist es nicht richtig. Wann wird eine Induktionsspannung induziert? Kennst Du die Formel und kannst Du sie vielleicht mal kurz erklären?
An den Skizzen steht e) und f). Kann es sein, dass die Skizzen eine zeitlichen Ablauf darstellen und nicht unabhängig voneinander betrachtet werden sollen.

Llecter · Anmeldungsdatum: 31.05.2005 Beiträge: 12

Hallo, danke für deine Antwort Mitchell.

Zu 2)

a) Die Energie wird zu Wärmeenergie umgesetzt (Ohmsche Verlustleistung, P= R*I²?)

b) Wenn man es ganz genau nimmt hast du sicherlich recht. Aber die Aufgabe war eine Klausuraufgabe vor einigen Jahren, uind während der Klausur hat man nicht die Möglichkeit, so etwas zu rechieren, daher denke ich, dass es nicht so genau sein muss.

Zu 3)

Ich weiß leider nicht mehr wie die Aufgabe vollständig ist, habe nur diesen Ausschnitt zur Verfügung. Ich meine mich erinnern zu können, dass es zwra noch mehrere Bilchen gab (eben a-d), aber wir diese nicht erklären mussten. (Bei unss chreiben 2 Gruppen, Lehramtsstudenten und wie Umweltwissenschaftler, und letzere bearbeiten nur 3/5 der Klausur, dh viele Teilaufgaben nicht), sondern nur e+f. Sicher bin ich mir aber nicht.

Eine Spannung wird induziert, wenn es zu einer Änderung des magnetischen Feldes kommt, sprich sich die Anzahl der Feldlinien die durch den Leiter dringen, sich ändern

U = -n * d(Phi) / d(t)

U = Induktionsspannung n = Windungszahl der Spuele
Phi = Magn. Fluss t = Zeit

Dr.Beer · Anmeldungsdatum: 27.06.2007 Beiträge: 31

nochma zur ersten: die Stromdichte wird doch kleiner und es werden dann auch weniger Elementarladungen transportiert, oder bin ich jetzt schon wieder verwirrt:

bzw.

um die sache zu vervollständigen: j = q n v, beides gleichsetzten
=>

mitschelll · Anmeldungsdatum: 06.12.2007 Beiträge: 362

sax · Anmeldungsdatum: 10.05.2005 Beiträge: 377 Wohnort: Magdeburg

mitschelll · Anmeldungsdatum: 06.12.2007 Beiträge: 362

Ah ok, da hat Du wahrscheinlich Recht. Ich hatte an das Verhältnis von Gesamtstrahlungs- zur Wärmeleistung gedacht.
Irgendwo habe ich auch gelesen, das der Wirkungsgrad bei Leuchtmitteln das Verhältnis der sichtbaren zur gesamten Strahlungsleistung ist. Da wären aber die Wärmeverluste nicht berücksichtigt.

Deine Annahme hört sich aber am vernünftigsten an.

sax · Anmeldungsdatum: 10.05.2005 Beiträge: 377 Wohnort: Magdeburg

Nunja, was sind denn die Waermeverluste ? Der Draht erwaermt sich, warme Koerper geben Waerme durch EM EM-Strahlung ab. Diese hat bei irgendeiner Frequenz ihr Maximum, dieses Maximum haengt von der Temperatur ab und ein Teil der Strahlung liegt im sichtbarem Bereich. Neben der Abstrahlung wird die Waerme durch Waermeleitung an die Umgebung abgefuehrt, aber das macht bei Gluehlampen nur einen sehr kleinen Anteil aus. Sprich bis auf kleine Abweichungen ist die gesamte Strahlungsleistung der Waermeverlust.

mitschelll · Anmeldungsdatum: 06.12.2007 Beiträge: 362

Ok, das Wärmeleitung keine Rolle spielt und fast die gesamte Wärme ebend in Strahlung abgegeben wird, hatte ich nicht bedacht. Danke, wieder was gelernt! Big Laugh