zu a)
Hier hast du viel von der Primärseite (P) gegeben und auch etwas von der Sekundärseite (S) des Trafos gegeben.
geg: UP = 230 V, IP = 3 A, Anzahl der Windungen im Primärkreis nP = 1000 und Anzahl der Windungen im Sekundärkreis nS = 1 (Ein geschlossener Ring hat nur 1 Windung)
Hier muss man die Größen (Spannung, Stromstärke) auf der Sekundärseite bestimmen. Daraus leitet sich dann der Widerstand ab.
Es gilt UP/US = nP/nS -> US = UP*nS/nP = 230 V*1/1000 = 0,23 V
Und es gilt IP/IS = nS/nP -> IS = IP*nP/nS = 3 A*1000/1 = 3000 A
Aus R = U/I folgt RS = US/IS = (0,23 V)/(3000 A) = 7,67 *10-5 Ohm
zu b)
Wirkungsgrad η = Nutzen/ Aufwand
Der Nutzen ist die Wärmemenge, die bei einer Temperaturerhöhung der Wassermasse (500 g) um 60 K frei wird.
Der Aufwand ist der elektrische Energie, die innerhalb von 5 Minuten im Kupferring bei Betrieb vorliegt.
Nutzen: Die hier heranzuziehende kalorische Zustandsgleichung lautet Q = cw * mw * ΔT
Mit den gegebenen Größen und ΔT = (80 °C - 20°C) = 60 K ergibt sich für
Q = 4,2 J*g-1 *K-1 * 500 g *60 K = 126 000 J = 126 kJ
Aufwand: Stromfluss durch den Ring innerhalb von 5 min
Die elektrischen Leistung ist definiert als Produkt von Spannung und Stromstärke
-> PS = US * IS = 0,23 V* 3000 A = 690 W
-> Eel = PS * Δt = 690 W * 300 s = 207 000 Ws = 207 kJ
=> η = (126 kJ)/(207 kJ) = 0,609 -> η ≈ 61 %
