Sexl Physik 7, Schulbuch

GRUNDLAGEN DER ELEKTROTECHNIK 1 Die Bedeutung einer sicheren Versorgung mit elektri- scher Energie zeigt sich bei Stromausfall. Dokumentiere, welche Geräte im Haushalt betroffen wären und welche Folgen ihr Ausfall hätte. 2 Überlege, welche öffentlichen Dienste durch einen längeren Stromausfall stark betroffen wären und welche Folgen ihr Ausfall hätte. 3 Der Erfinder Daniel Superschlau möchte für das Campie- ren in der Wildnis mit einem einfachen Generator Energie für den Betrieb einer LED-Leuchte gewinnen. Er testet folgende Anordnung: Ein 5m langes Kabel wird von 2 Personen horizontal so gehalten, dass es 1m durchhängt. Es wird in eine gleichmäßige Drehung mit 5 Umdrehun- gen pro Sekunde versetzt. Zwischen den Kabelenden wird die elektrische Spannung gemessen. Das Erdma- gnetfeld hat Horizontal-/Vertikalkomponenten von 20 μ T bzw. 44 μ T. Welche Spannung ist zu erwarten? Schlage bessere Lösungen vor. 4 Generatoren in großen E-Werken liefern 3-Phasenwech- selstrom bei Leistungen von etwa 3 x 300MW. Der Rotor mit der Magnetspule dreht sich innerhalb des Stators mit 3 000 Umdrehungen pro Minute. In den drei Spulen des Stators werden Wechselspannungen von 25 000V bei hohen Stromstärken induziert. Welche Stromstärken ergeben sich für jede der drei Phasen? Welche Probleme ergeben sich aus diesen Spannungen und Stromstärken? In den Statorspulen und der Magnetspule fließen beträchtliche Ströme und erzeu- gen Wärme. Forsche nach, wie das Kühlproblem gelöst wird. 5 Für die dekorative Beleuchtung in Wohnungen, Geschäf- ten und Ausstellungen werden Halogenstrahler mit 12-V-Betriebsspannung verwendet. Oft werden die Zuleitungen nichtisoliert offen geführt. Welche Gefah- ren entstehen dadurch und welche nicht? Sind die Zuleitungsdrähte aus ästhetischen, mechanischen oder elektrischen Gründen wesentlich dicker als Leitungs- drähte im 230-V-Haushaltsnetz? 6 Zur Stromversorgung von 12-V-Halogenleuchten dienen Transformatoren oder immer häufiger elektronische Netzgeräte. Recherchiere den Aufbau und die Vor- und Nachteile dieser Geräte. 7 Die Ohm’schen Verluste bei der Übertragung elektri- scher Energie über weite Strecken sinken, je höher die Spannung ist. Trotzdem ist die thermische Belastung von Freileitungskabeln bei hoher Übertragungsleistung (z. B. 1 GW bei 400 kV) beträchtlich. Was bedeutet dies für die Kabel? Informiere dich, welche weiteren Verluste besonders bei hohen Wechselspannungen auftreten, so dass Fernleitungen über mehrere 100 km unwirtschaft- lich werden. Informiere dich, wofür und wie Hochspan- nung-Gleichstrom-Übertragungen (HGÜ) konzipiert sind und eingesetzt werden. 8 Recherchiere, welche Arten von Gezeitenkraftwerken es gibt. Wie können Meeresströmungen und Meereswellen energetisch genutzt werden? 9 Wie funktionieren Solarzellen? Wie kann man Solar- strom in das öffentliche Netz einspeisen? Informiere dich über die technischen Voraussetzungen. Wäre die direkte Verwendung von Gleichstrom praktikabel? HALBLEITER 1 Leuchtdioden (LEDs und OLEDs) werden zunehmend als Leuchtmittel für die Raumbeleuchtung eingesetzt. Dafür ist meist weißes Licht nötig. Finde heraus, wie weißes Licht erzeugt wird! Welche Vor- und Nachteile hat der Einsatz von LEDs als Raumbeleuchtung? 2 Durch Beschleunigungssensoren in Smartphones ergeben sich viele Anwendungsmöglichkeiten. So werden durch Bewegen des Handys selbst z. B. Steue- rungsbefehle gegeben. Finde heraus, wie so ein Sensor funktioniert bzw. welche Physik dahinter steckt! ELEKTROMAGNETISCHE SCHWINGUNGEN UND WELLEN 1 Beschreibe den Vorgang in einem elektromagnetischen Schwingkreis während einer vollen Schwingung und stelle zusätzlich den Verlauf der Kondensatorspannung in Abhängigkeit der Zeit grafisch dar. Erkläre, wie man in einem Schwingkreis ungedämpfte Schwingungen erzeugen kann! 2 Beschreibe die Ablösung elektromagnetischer Wellen von einem Dipol in eigenen Worten. 3 Computertomografie und Röntgenbilder stellen zwei unterschiedliche Wege der Darstellung des Inneren unseres Körpers dar. Wodurch unterscheiden sich die beiden Verfahren, was ist ihnen gemeinsam? Bei welcher Untersuchung ist die Strahlenbelastung für den menschlichen Körper größer? Begründe deine Antwor- ten. 4 Wieso sollten bei Schwangeren keine Röntgenaufnah- men gemacht werden? Wieso ist aber hingegen eine Ultraschalluntersuchung unbedenklich? Begründe deine Antworten! 5 Erkundige dich über die Funktionsweise von Scannern auf Flughäfen. Welche unterschiedlichen Arten gibt es? Welche physikalischen Prinzipien stecken hinter den einzelnen Technologien? Weiterführende Fragestellungen 50 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv