Aufgabengruppe B - ISB

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Aufgabengruppe B - ISB
Abschlussprüfung 2008
Physik
Aufgabengruppe B
an den Realschulen in Bayern
Elektrizitätslehre I
B 1.1
Aufgabe B 1
Lösungsvorschlag
Pel = U ⋅ I
Pel = 3, 4 V ⋅ 0,350 A
Pel = 1, 2 W
B 1.2
A
V
B 1.3
I in mA
400
100
U in V
1,0
B 1.4
Lösung entsprechend dem Unterricht, z. B.:
•
•
•
B 1.5.1
Eine Halbleiterdiode besteht aus einer n-Schicht mit frei beweglichen Elektronen, einer pSchicht 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.
U v = U ges − U LED
Rv =
B 1.5.2
3,0
t=
Q
I
Uv
Iges
U v = 4,5 V − 3,4 V
U v = 1,1 V
1,1 V
0,350 A
R v = 3,1 Ω
Rv =
t=
2800 mAh
350 mA
t = 8,00 h
Abschlussprüfung 2008
Physik
Aufgabengruppe B
an den Realschulen in Bayern
Elektrizitätslehre II
Lösungsvorschlag
B 2.1.1
Beobachtung: Die Waage zeigt vorübergehend einen größeren Wert an.
B 2.1.2
Begründung entsprechend dem Unterricht, z. B.:
•
•
•
•
B 2.2.1
Aufgabe B 2
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.
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.
Abschlussprüfung 2008
Physik
Aufgabengruppe B
an den Realschulen in Bayern
Atom- und Kernphysik
Lösungsvorschlag
N (t)
B 3.1.1
Aufgabe B 3
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
86
N0
4
Rn → 216
(+ γ)
84 Po + 2 He
t in s
56
B 3.2
112 168 224 280 336 392
t
⎛ 1 ⎞T
N(t) = N 0 ⋅ ⎜ ⎟
⎝2⎠
⎛ 0, 40 ⋅ N 0 ⎞
⎟
N0 ⎠
2⎝
t = 5730 a ⋅ log 1 ⎜
B 3.3
t = 7, 6 ⋅ 103 a
Aufgaben entsprechend dem Unterricht, z. B.:
•
•
•
B 3.4
⎛ N(t) ⎞
t = T ⋅ log 1 ⎜
⎟
N0 ⎠
2⎝
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).
Entsprechend dem Unterricht, z. B.:
•
•
anziehende Wirkung zwischen allen Nukleonen
sehr geringe Reichweite
Abschlussprüfung 2008
Physik
Aufgabengruppe B
an den Realschulen in Bayern
Energie
B 4.1
Energie für den Standby-Betrieb pro Jahr und Person:
Wel = 0,16 ⋅ 1, 2 ⋅ 103 kWh
Standby-Energie in Bayern:
Kosten :
B 4.2.1
Aufgabe B 4
Lösungsvorschlag
Wel = 12,5 ⋅ 106 ⋅ 1,9 ⋅ 102 kWh
€
2, 4 ⋅ 109 kWh ⋅ 0, 20
kWh
Wel = 1,9 ⋅ 102 kWh
Wel = 2, 4 ⋅ 106 MWh
48 ⋅107 €
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
elektrische Energie
B 4.2.2
B 4.2.3
Pauf =
PNutz
η
Pauf =
270 MW
0,36
Energie in 24 h:
W = 7,5 ⋅ 102 MW ⋅ 24 ⋅ 60 ⋅ 60 s
Steinkohlebedarf:
m=
PNutz
η
Lageenergie des Wassers:
Pauf =
Masse des Wassers:
m=
Pauf =
Wpot
m=
6,5 ⋅ 107 MJ
MJ
30
kg
270 MW
0,85
= m⋅g⋅h
Pauf = 7,5 ⋅ 102 MW
W = 6,5 ⋅ 107 MJ
m = 2, 2 ⋅ 103 t
Pauf = 3, 2 ⋅ 102
Wpot
g⋅h
3, 2 ⋅ 108
Nm
⋅1 s
s
N
9,81
⋅ 200 m
kg
m = 1,6 ⋅ 102 t
MJ
s