###### Leandro Ebner 14740284 ### Exercise 1 Beschrifte die 11 offenen Felder des Plankschen Strahlungsspektrums. Welche wesentliche Besonderheit und Einschränkungen hat das Planksche Strahlungsspektrum? ![image](https://hackmd.io/_uploads/BJneMA1Lxl.png) --- ### Exercise 2 Um wie viel verringert sich nach dem Abstandsquadratgesetz, mit der Formel $I=\frac{P}{A}=\frac{P}{4\pi r^2}$, die Strahlungsintensität wenn sich der Abstand der Strahlungsquelle verdoppelt? Zeige es anhand der Formel. Eine Fotodiode ist im Abstand von $r1=0,25m$, $r2=0,5m$ oder $r3=1,0m$ von einer Strahlungsquelle montiert. Die Strahlungsquelle gibt eine Leistung von $P=100W$ ab. 1.) Berechne die Intenstitäten für jeden Abstand von der Strahlungsquelle. 2.) Berechne außerdem die maximale Strahlungsleistung $P_S$, die eine Fotodiode mit einer Fläche von $A_S=100mm^2$ bei jeweiligem Abstand absorbieren kann und stelle die Ergebnisse in einem Diagramm dar. ==Diagramm: Power $P_S[mW]$ über Distance $r[m]$== --- ### Exercise 3 Beschreibe die Formel des Stefan-Boltzmann Gesetz $P=\epsilon(T)*\sigma*A*T^4$. 1.) Bennene die einzelnen Größen mit ihren Einheiten. 2.) Welche Auswirkung hat die Oberflächentemperatur auf die abgebende Strahlungsleistung eines Körpers? Berechne die effektive Oberflächentemperatur der Sonne mit Hilfe des Abstandsquadratgsetz $I=\frac{P}{A}=\frac{P}{4\pi r^2}$ und des Stefan-Boltzmann Gesetzes $P=\epsilon(T)*\sigma*A*T^4$ aus den folgenden Messwerten: Solarkonstante: $S=1361\frac{W}{m^2}$ Sonnenradius: $R=6,963*10^8m$ Mittlerer Abstand zwischen Erde und Sonne: $D=1,496*10^{11}m$ Stefan Boltzmann Konstante: $\sigma=5,670*10^-8\frac{W}{m^2*K^4}$ Die Sonne kann als Schwarzer Strahler angenommen werden: ($\epsilon (T) \approx 1$) --- ### Exercise 4 Beschreibe die Formel des Wienschen Verschiebungsgesetz: $\lambda_{max}(T)=\frac{b}{T}$ mit $b=2897,8\mu mK$ 1.) Bennene die einzelenen Größen mit ihren Einheiten. 2.) Wie erklärt sich damit die Farbänderung beim Dimmen einer Glühlampe von gelblich-weiß nach rot? Stelle Dir ein Stück Metall vor, das schwrittweise erhitzt wird. 1.) Berechne die Spitzen-Wellenlänge zu den Temperaturen 500K, 1000K, 2000K, 3000K und 6000K. 2.) Ordne den Temperaturen eine Glühfarbe zu (sofern das Glühen gut erkennbar ist). 3.) Stelle die Ergebnisse im Diagramm dar. ==Diagramm: Spitzen-Wellenlänge $\lambda_{max}[\mu m]$ über Temperature $T[K]$== --- ### Exercise 5 Nach dem Prinzip des Dreifarbenpyrometers soll die Oberflächentemperatur T einer kleinen Kugel gemessen werden. Dazu sind 3 Fotodioden mit unterschiedlichen Wellenlängenfilter um die Kugel im Abstand $d=0,08m$ angeordnet. Wellenlängenfilter: $\lambda=500nm$, $\lambda=600nm$, $\lambda=700nm$ Detektorfläche der jeweiligen zur Fotodiode: $A=49mm^2$ Sensitivität: $R_{\lambda1}= 0.3A/W$, $R_{\lambda2}=0.5A/W$ und $R_{\lambda3}=0.7A/W$ Erfassungsbandbreite: $\Delta\lambda=30nm$ 1.) Berechne die Spektrale Strahlungsdichte $L_{\lambda1}$, $L_{\lambda2}$ und $L_{\lambda3}$ aus dem gemessen Photonenstrom $I_{\lambda1}=3,2\mu A$, $I_{\lambda2}=2,8\mu A$ und $I_{\lambda3}=2,5\mu A$. Nutze die Formel: $L(\lambda)=\frac{P}{A*\Omega*\Delta\lambda}$ Mit der optischen Leistung $P=\frac{I}{R(\lambda)}$ und dem Raumwinkel $\Omega\approx\frac{A}{r^2}$. 2.) Berechne die Temperatur $T_{\lambda1}$, $T_{\lambda2}$ und $T_{\lambda3}$. Verwende hierzu die Formel: $$T=\frac{C_2}{\lambda*ln(1+\frac{C_1}{L(\lambda)*\lambda^5})}$$ Mit den Konstanten $C_1=1,191*10^-16\frac{J*m^2}{s}$ und $C_2=1,438*10^-2mK$ 3.) Bilde den Mittelwert $\bar{x}=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}xi$ und die Standardabweichung $\sigma=\sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(xi-\bar{x})^2}$ aus den drei berechneten Temperaturen 4.) Wie kann die Genauigkeit der pyrometrischen Temperaturmessung noch verbessert werden? ![image](https://hackmd.io/_uploads/r1VVbygUgx.png) --- ### Exercise 6 Siehe Diagramme im Skript: =="Encounter-phase diagrams"== =="Seperation-phase diagrams"== Die Temperatur-Abkühlkurve einer, in einer Vakuumröhre, frei fallendem Materialprobe soll mithilfe eines Sensor-Führungsgeräts gemessen werden. Vervollständige die Begegnungs- und Trennungs-Phase-Diagramme auf den beiden angefügten Blättern. Ermittle die Zeitdauer $\Delta t_m$ die zur Messung der Temperatur-Abkühlkurve der frei fallenden Probe mit diesem Sensorüberführungsgerät ermöglicht wird. Folgende Angaben sind gegeben: Startposition des Fallzylinders $s_1=0.4m$ Begegenungsdistanz: $s_2-s_1=0.3m$ Endposition des Fallzylinders $s_4=30m$ Bremsweg $s_4-s_3=30m$ Erdbeschleuningung $g=10\frac{m}{s^2}$ Beschrifte die leeren Felder und zeichne schmetaisch die Kurven des Fallzyinders für Weg s, Geschwindigkeit v und Beschleunigung a. > "straight line descending for 2nd graph, negative square pulse for 3rd graph" --- ### Exercise 7 Lorentz Force betrachte ein Proton mit der Ladung $q=1.60E-19C$, das sich mit der Geschwindigkeit v=5E5 m/s senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld mit $B=0.2T$ bewegt. 1.) Zeichne eine Skizze zur Veranschaulichung und berechne die aud as Proton wirkende Lorentzkraft $F=q(E+v \ x \ B)$. Da kein äußeres elektrisches Fehld vorhanden ist (E=0) und die Kraft senkrecht zur Geschwindigkeit und zum Magnetfeld wirkt, ändert sich die Geschwindigkeit des Teilchens nicht, sondern nur die Richtung. Man kann schreiben $F= q*v*B*sin\theta$ oder mit $\theta = 90°$, $F= q*v*B$. 2.) Berechne den Radius der Kreisbewegung. Dabei kann die Formel der Zentripedalkraft $r=\frac{m*v}{q*B}$ bzw. $F=\frac{mv^2}{r}$. Das Proton hat eine Masse von $m=1.67*10^{-27}kg$ Zeichne eine SKizze und berechne die Lorentzkraft auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld, das um $\theta=45°$ zum Leiter geneigt ist. Noch folgende Werte sind dazu gegeben B=0.5T, I=10A und l=2m. Was würde passieren, wenn das Magnetfeld parallel ($\theta = 0°$) zum stromführenden Leiter wäre? --- ### Exercise 8 Berechne die induzierte elektromagnetische Kraft $E=-N\frac{d\phi}{dt}$ einer Spule, die durch eine gleichmäßge Änderung der magnetischen Flussdichte von B=1T auf B=0T in 0.25s verursacht wird. Die folgenden Angaben sind gegeben: Anuahl der Windungen n=100 Formel für den magnetischen Fluss $\Phi=B*A*cos\theta$ \[Wb](1Wb=1Tm^2=1Vs). Die von den Windungen umschlossene Fläche A=0.005m^2. Der Winkel zwischen dem Feld und der Normalachse der Spule $\theta=0°$ Welche Leistung P \[W] muss eine Lampe im angeschlossenen Stromkreis der Spule haben, damit sie dabei kurz aufleuchtet? Ein Nennwiderstand der Lampe von $R_L=10 \Omega$ kann angenommen werden. --- ### Exercise 9 Welche beiden E-Motor Typen sind bei elektrischen Fahrzeugantrieben derzeit hauptsächlich in der Anwendung? Was sind die wesentlichen Unterschiede, hinsichtlich Leistungsdichte, Wirkungsgrad und Kosten? Welche prinzipiellen Methoden zur kontaktfreien Messung/Ermittlung der Rotordrehzahl, Drehrichtung und/oder Rotorposition (Rotorkinematik) sind bekannt und welche davon ist hauptsächlich bei elektrischen Fahrzeugantrieben in der Anwendung? Welche zwei elementaren Sensortypen werden bei einer Induktiven/magnetischen Methode, neben der rein induktiven Messung mit einem Resolver, hauptsächlich verwendet? Beschreibe kurz den Unterschied (Funktionsprinzip, Ausgangssignal, Empfindlichkeit, Stromverbrauch, etc.) --- ### Exercise 10 Welche drei Sensortypen haben sich sehr gut zur kontaktfreien Strommessung bewährt? Beschreibe kurz das Funktionsprinzip und die Vor/Nachteile. Welche der drei Sensortypen kommen hauptsächlich in elektrischen Fahrzeugantrieben, z.B. im Inverter, zum Einsatz? Aus welchen Gründen ist die Messung oder Überwachung z.B. der Statorwicklungs- oder Rotor- Temperatur bei einem elektrischen Fahrzeugantrieb wichtig? Welche beiden Arten von Temperatursensoren werden hauptsächlich in den Statorwicklungskopf eingebaut? Erkläre kurz den Unterschied (Funktionsprinzip, Ausgangssignal, Kosten, etc.) --- ### Exercise 11 Welche Art von Temperatursensoren werden zur Durchführung von Stromerwärmungsprüfungen üblicherweise verwendet? Was ist inbesondere bei der Stromerwärmungsprüfung von Steckerkontakten unter Hochvolt (400-1000V) auf einem Motorprüfstand zu beachten? Beschreibe wie eine Derating-Kurve, z.B. eines Steckerkontaktes, nach IEC60512-5-2 ermitteld wird. Skizziere dazu einen Versuchsaufbau mit dem Prüfling und den beiden Temperaturmessstellen "tb" und "tu" in einer Messkammer. Ermittle anhand der unten dargestellten Derating-Kurve eines HV-Steckers mit Ultraschall geschweißtem Kabelanschluss, welcher maximale Dauerstrom bei einer Umgebungstemperatur von 90Grad mit 20% Sicherheit zulässig ist. --- ### Exercise 12 Get **fucking** drunk in Alibi. CHEREEEEO!!