Einführung in die Elektrotechnik
von: Marika Höwing
Rheinwerk Computing, 2019
ISBN: 9783836271554
Sprache: Deutsch
537 Seiten, Download: 18278 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
1 Einführung | 11 | ||
1.1 Was Sie von diesem Buch erwarten können | 11 | ||
1.2 Wichtige Erfindungen der Elektrotechnik | 12 | ||
1.3 Physikalische Größen und Grundbegriffe, mathematische Grundlagen | 14 | ||
1.3.1 Kleiner Ausflug in die Physik | 14 | ||
1.3.2 Mathematische Grundregeln | 24 | ||
1.4 Übungen | 36 | ||
1.5 Lösungen | 37 | ||
2 Elektrische Ladung und Potenzial | 45 | ||
2.1 Das Bohrsche Atommodell | 45 | ||
2.2 Ladung | 48 | ||
2.3 Energie, Potenzial und Leistung | 50 | ||
2.3.1 Potenzial | 50 | ||
2.3.2 Energie | 53 | ||
2.3.3 Leistung | 54 | ||
2.3.4 Wirkungsgrad | 55 | ||
2.4 Elektrische Spannung | 55 | ||
2.5 Strom | 58 | ||
2.6 Strom- und Ladungsdichte | 62 | ||
2.6.1 Stromdichte | 62 | ||
2.6.2 Ladungsdichte | 67 | ||
2.7 Ionen- und Massenstrom | 68 | ||
2.8 Übungsaufgaben | 71 | ||
2.9 Lösungen | 73 | ||
3 Elektrostatik | 79 | ||
3.1 Das elektrische Feld (E-Feld) | 79 | ||
3.2 Kräfte zwischen Ladungen – die Coulombkraft | 86 | ||
3.3 Ladungsverteilung | 88 | ||
3.3.1 Berechnung eines Volumenintegrals in kartesischen Koordinaten | 90 | ||
3.3.2 Berechnung eines Volumenintegrals in Zylinderkoordinaten | 91 | ||
3.3.3 Berechnung eines Volumenintegrals in Kugelkoordinaten | 95 | ||
3.4 Berechnung von E-Feldern | 101 | ||
3.4.1 Elektrisches Feld einer Punktladung | 101 | ||
3.4.2 Elektrisches Feld einer Linienladung | 105 | ||
3.4.3 Elektrisches Feld einer Flächenladung | 107 | ||
3.4.4 Elektrisches Feld einer Volumenladung | 109 | ||
3.4.5 Der Gauß’sche Satz | 110 | ||
3.5 Elektrische Flussdichte und Verschiebungsflussdichte | 123 | ||
3.6 Potenzielle Energie, Potenziale und Spannung im elektrischen Feld | 124 | ||
3.6.1 Äquipotenziallinien | 128 | ||
3.7 Kapazität | 130 | ||
3.7.1 Influenz und Polarisation | 136 | ||
3.8 Aufgaben | 142 | ||
3.9 Lösungen | 144 | ||
4 Gleichstrom | 157 | ||
4.1 Strom- und Spannungsquellen | 157 | ||
4.1.1 Galvanisches Element | 157 | ||
4.1.2 Spannungsquelle | 164 | ||
4.1.3 Stromquelle | 165 | ||
4.2 Widerstand und Leitwert | 166 | ||
4.2.1 Das Ohm’sche Gesetz | 167 | ||
4.2.2 Spezifischer Leitwert und spezifischer Widerstand | 169 | ||
4.2.3 Widerstand eines stabförmigen Leiters | 176 | ||
4.2.4 Einfluss der Temperatur auf den Widerstand | 177 | ||
4.3 Allgemeine Form des Ohm’schen Gesetzes | 179 | ||
4.4 Gleichstrom und Wechselstrom | 181 | ||
4.5 Berechnung eines einfachen Stromkreises | 183 | ||
4.6 Reihen- und Parallelschaltung | 187 | ||
4.6.1 Reihenschaltung | 187 | ||
4.6.2 Parallelschaltung | 191 | ||
4.6.3 Kirchhoff’sche Regeln | 195 | ||
4.6.4 Gemischte Widerstandsschaltungen | 199 | ||
4.7 Ersatzquellen, reale Strom- und Spannungsquellen | 203 | ||
4.7.1 Parallel- und Reihenschaltung von Spannungs- bzw. Stromquellen | 209 | ||
4.7.2 Umwandlung von Spannungsquellen in Stromquellen und umgekehrt | 212 | ||
4.8 Kondensatoren im Gleichstromkreis | 214 | ||
4.8.1 Aufladung | 215 | ||
4.8.2 Entladung | 221 | ||
4.8.3 Reihenschaltung von Kondensatoren | 223 | ||
4.8.4 Parallelschaltung von Kondensatoren | 224 | ||
4.9 Übungen | 225 | ||
4.10 Lösungen | 229 | ||
5 Netzwerkberechnungen | 237 | ||
5.1 Zweipole und die Zweipolmethode | 239 | ||
5.2 Maschen- und Knotenregel in Netzwerken | 243 | ||
5.3 Zweigstromverfahren | 247 | ||
5.4 Maschenstromverfahren | 252 | ||
5.5 Knotenpotenzialverfahren | 256 | ||
5.6 Das Superpositionsprinzip | 265 | ||
5.7 Stern-Dreieck-Umwandlung | 270 | ||
5.7.1 Dreieck-Stern-Umwandlung | 273 | ||
5.7.2 Stern-Dreieck-Umwandlung | 274 | ||
5.8 Unendliche Kettennetzwerke | 277 | ||
5.9 Übungen | 280 | ||
5.10 Lösungen | 284 | ||
6 Magnetische Felder | 303 | ||
6.1 Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters | 306 | ||
6.2 Magnetisches Feld von Leiterschleifen | 309 | ||
6.3 Magnetische Grundgrößen | 311 | ||
6.3.1 Das Vektorprodukt (Kreuzprodukt) | 312 | ||
6.3.2 Durchflutung | 313 | ||
6.3.3 Magnetische Feldstärke | 314 | ||
6.3.4 Magnetischer Fluss, magnetische Flussdichte | 323 | ||
6.4 Lorentzkraft | 330 | ||
6.5 Induktivität und Induktion | 336 | ||
6.5.1 Aufbau einer Spule | 336 | ||
6.5.2 Induktivität | 337 | ||
6.5.3 Spule im Gleichstromkreis | 338 | ||
6.5.4 Induktion | 342 | ||
6.5.4 Energie im Magnetfeld | 352 | ||
6.6 Magnetischer Kreis | 353 | ||
6.7 Maxwell-Gleichungen | 355 | ||
6.7.1 Stationäre Maxwell-Gleichungen | 356 | ||
6.7.2 Rotation eines Vektorfeldes | 358 | ||
6.7.3 Materialbehaftete und nichtstationäre Maxwell-Gleichungen | 364 | ||
6.8 Übungen | 367 | ||
6.9 Lösungen | 369 | ||
7 Wechselstromkreise | 377 | ||
7.1 Charakteristische Größen einer Wechselspannung | 377 | ||
7.2 Kondensator im Wechselspannungskreis | 381 | ||
7.3 Spule im Wechselstromkreis | 385 | ||
7.4 Zeigerdarstellung von Wechselgrößen | 388 | ||
7.5 Schwingkreise | 395 | ||
7.5.1 Parallelschwingkreis | 395 | ||
7.5.2 Zeigerdiagramm für Parallelschwingkreise | 400 | ||
7.5.3 Reihenschwingkreis | 407 | ||
7.5.4 Zeigerdiagramm des Reihenschwingkreises | 408 | ||
7.5.5 Güte eines Schwingkreises | 411 | ||
7.6 Rechnen mit komplexen Zahlen | 414 | ||
7.6.1 Rechenregeln | 415 | ||
7.7 Übungen | 420 | ||
7.8 Lösungen | 423 | ||
8 Filter und Passschaltungen | 437 | ||
8.1 RC-Reihenschaltung und Parallelschaltung | 437 | ||
8.1.1 RC-Reihenschaltung | 437 | ||
8.1.2 RC-Hochpass | 446 | ||
8.1.3 RC-Tiefpass | 449 | ||
8.1.4 RC-Parallelschaltung | 450 | ||
8.2 RL-Reihen- und Parallelschaltung | 454 | ||
8.2.1 RL-Reihenschaltung | 454 | ||
8.2.2 RL-Hochpass | 460 | ||
8.2.3 RL-Tiefpass | 462 | ||
8.2.4 RL-Parallelschaltung | 462 | ||
8.3 Allgemeine Eigenschaften von Hoch- und Tiefpassschaltungen | 464 | ||
8.3.1 Bodediagramme | 464 | ||
8.3.2 Ortskurven | 469 | ||
8.3.3 Filter höherer Ordnung | 473 | ||
8.4 Übungen | 475 | ||
8.5 Lösungen | 478 | ||
9 Drehstrom | 495 | ||
9.1 Erzeugung von Wechselspannungen und Drehstrom | 495 | ||
9.2 Symmetrisch belastete Drehstromsysteme | 500 | ||
9.2.1 Dreieckschaltung, symmetrisch belastet | 502 | ||
9.2.2 Sternschaltung, symmetrisch belastet | 510 | ||
9.2.3 Allgemeine Eigenschaften von Strömen und Spannungen in Drehstromsystemen | 513 | ||
9.3 Unsymmetrische Belastung | 514 | ||
9.3.1 Dreieckschaltung, unsymmetrisch belastet | 515 | ||
9.3.2 Sternschaltung, unsymmetrisch belastet | 517 | ||
9.4 Übungen | 521 | ||
9.5 Lösungen | 522 | ||
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