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Lösung zu Aviatik 2011/1

Aus SystemPhysik

Aufgabe 1

  1. Siehe Systemdiagramm (flowchart)
  2. Volumenstromstärke: [math]\displaystyle{ I_V=\frac{\Delta p}{R_V} }[/math]; Druckdifferenz: [math]\displaystyle{ \Delta p=p_{Pumpe}-p=p_{Zylinder} }[/math]; Druck im Zlinder: [math]\displaystyle{ p_{Zylinder}=\frac{V_{Zylinder}}{C_V} }[/math]; Anfangsvolumen im Zylinder [math]\displaystyle{ V_{ZylinderAn}=C_V\cdot p_{ZylinderAn} }[/math]
  3. Siehe Systemdiagramm (flowchart)
  4. Prozessleistung: [math]\displaystyle{ P=\Delta pI_V }[/math]; zugeordneter Energiestrom: [math]\displaystyle{ I_W=p_{Zylinder}I_V }[/math]

Aufgabe 2

  1. [math]\displaystyle{ C_V=\frac{A}{\varrho g} }[/math] = 8.16 10-9 s2m4/kg (m3/Pa)
  2. [math]\displaystyle{ W=\frac{C_V}{2}\left(\Delta p_1\right)^2 }[/math] = 1.57 10-4 J; [math]\displaystyle{ W_U=2W }[/math] = 3.14 10-4 J
  3. [math]\displaystyle{ C_V=\frac{\Delta V}{\Delta p}=\frac{A\Delta h}{\varrho g\Delta h+\frac{p_0}{h_0}\Delta h}=\frac{A}{\varrho g+\frac{p_0}{h_0}} }[/math] = 5.4 10-9 s2m4/kg (m3/Pa)
  4. [math]\displaystyle{ T=2\pi\sqrt{L_{VU}C_{VU}} }[/math] = 0.816 s; mit [math]\displaystyle{ C_{VU}=\frac{C_V}{2} }[/math] und [math]\displaystyle{ L_{VU}=\varrho\frac{l}{A} }[/math] = 6.25 106 kg/m4

Aufgabe 3

  1. siehe FLüssigkeitsbild
  2. aus dem Flüssigkeitsbild folgt [math]\displaystyle{ U=\frac{C_1U_{10}+C_2U_{20}}{C_1+C_2} }[/math] = 4 V
  3. Energieumfsatz gleich Menge mal mittlere Fallhöhe [math]\displaystyle{ W_{diss}=\Delta QU_{mittel} }[/math] = 2.88 mC * 30 V = 86.4 mJ
  4. siehe Flowchart

Aufgabe 4

  1. Die Summe der Spannungen über den Widerständen 3 und 4 muss gleich 12 V sein. Also ist die Spannung über Widerstand 3 gleich 3 V. Diese Spannung treibt einen Strom der Stärke [math]\displaystyle{ I_{34}=\frac{U_3}{R_3} }[/math] = 0.015 A.
  2. Weil 15 mA durch die Widerstände 3 und 4 fliessen, ist die Stromstärke durch die Widerstände 1 und 2 gleich 75 mA. Damit ist der Gesamtwiderstand dieses Zweiges gleich [math]\displaystyle{ R_{12}=\frac{U_0}{I_{12}}=\frac{12V}{0.075A} }[/math] = 160 Ohm.
  3. Der Widerstand 1 ergibt sich aus Leistung und Stromstärke [math]\displaystyle{ R_1=\frac{P}{I_{12}^2} }[/math] = 88.9 Ohm. Der zweite Widerstand ist dann die Ergänzung zu 160 Ohm, also gleich 71.1 Ohm.
  4. Die Spannung über Widerstand 1 ist gleich [math]\displaystyle{ U_1=R_1I_{12} }[/math] = 6.67 V. Folglich ist die Spannung von A nach B [math]\displaystyle{ U_{AB}=U_3-U_1 }[/math] = -3.67 V.
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