Elektrizitätslehre:
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Haan-Gruiten
Verl. Europa-Lehrmittel
1997
|
| Edition: | 1. Aufl. |
| Series: | Technische Physik
5 |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XII, 320 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 3808552115 |
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Titel: Elektrizitätslehre
Autor: Bach, Ewald
Jahr: 1997
BIBLIOTHEK DES TECHNIKERS ¡MMT Elektrizitätslehre Technische Physik Band 5 von Ewald Bach VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL ? Nourney, Vollmer GmbH Co. Düsseiberger Str. 23 • 42781 Haan-Gruiten Europa-Nr.: 52115
Inhaltsverzeichnis Seite Grundlagen der Elektrizitätslehre . . . 1 bis 67 Lektion 1 Elektrophysikalische Grundlagen 1 1.1 Reibungselektrizität . 1 1.2 Die elektrische Ladung und Atommodelle. 1 1.2.1 Die elektrische Ladung . 1 1.2.2 Atommodelle. 2 1.3 Nachweis von Ladungen . 3 1.3.1 Glimmlampe. . 3 1.3.2 Elektroskop . 3 1.3.3 Polreagenzpapier . 3 1.4 Wirkungen des elektrischen Stromes. 4 1.4.1 Lichtwirkung . 4 1.4.1.1 Atomphysikalische Ursachen der elektromagnetischen Strahlung. 4 1.4.1.2 Glühlampen . 5 1.4.1.3 Gasentladungslampen. 5 1.4.2 Wärmewirkung . 6 1.4.3 Elektromagnetische Wirkung . 6 1.4.4 Elektrochemische Wirkung. 6 1.4.5 Physiologische Wirkung . 8 1.5 Der elektrische Strom . 9 1.5.1 Definition der elektrischen Stromstärke . 9 1.5.2 Messung der elektrischen Stromstärke. 10 1.5.3 Stromrichtung. 10 1.5.4 Stromarten . 11 1.5.4.1 Gleichstrom . 11 1.5.4.2 Wechselstrom
. 11 1.5.4.3 Mischstrom . 11 1.6 Leiter und Nichtleiter. 12 1.7 Widerstand und Leitwert. 12 1.8 Die elektrische Spannung . 13 1.8.1 Zusammenhang zwischen elektrischer Stromstärke und elektrischer Spannung . 13 1.8.2 Definition der elektrischen Spannung . 13 1.8.3 Messung der elektrischen Spannung . 14 1.8.4 Spannungsarten . 14 1.9 Spannungserzeugung . 15 1.9.1 Spannungserzeugung durch Reibung . 15 1.9.2 Spannungserzeugung durch Licht. 15 1.9.3 Spannungserzeugung durch Wärme. 16 1.9.4 Spannungserzeugung durch Induktion . 16 1.9.5 Spannungserzeugung durch chemische Vorgänge . 17 1.9.5.1 Primärelemente. 18 1.9.5.2 Sekundärelemente . 18 1.9.6 Spannungserzeugung durch Kristallverformung. 19 V
Seite Lektion 2 Gesetzmäßigkeiten im elektrischen Stromkreis 23 2.1 Das Ohm'sche Gesetz. 23 2.2 Graphische Darstellung des Ohm'schen Gesetzes. 24 2.3 Spezifischer Widerstand und Leitfähigkeit. 25 2.4 Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes . 27 2.4.1 Heißleiter- und Kaltleiterwerkstoffe. 27 2.4.1.1 Berechnung des Widerstandswertes von Leiterwerkstoffen . 28 2.4.1.2 Ermittlung des Widerstandwertes von NTC- und PTC-Widerständen . 30 2.4.1.3 Strombelastbarkeit von elektrischen Leitungen . 31 2.4.2 Supraleitung . 31 2.5 Elektrische Arbeit und elektrische Leistung.32 2.5.1 Elektrische Arbeit . 32 2.5.2 Elektrische Leistung . 34 2.6 Umwandlung der Energien und Wirkungsgrad . 36 2.6.1 Umwandlung der Energien . 36 2.6.2 Wirkungsgrad . 36 Lektion 3 Gesetzmäßigkeiten in Widerstandsschaltungen 41 3.1 Parallelschaltung von Widerständen . 41 3.1.1 Gesetzmäßigkeit der elektrischen Spannungen in der Parallelschaltung . 41 3.1.2 Gesetzmäßigkeit der elektrischen Teilströme in der Parallelschaltung . 41 3.1.2.1 Knotenregel . 42 3.1.3 Gesetzmäßigkeit der Widerstände und Leitwerte in der Parallelschaltung . 42 3.1.4 Gesetzmäßigkeiten zwischen den Teilströmen und Widerständen in der Parallelschaltung . 43 3.1.5 Gesetzmäßigkeiten der elektrischen Leistungen und
umgewandelten Energien . 44 3.2 Reihenschaltung von Widerständen . 45 3.2.1 Gesetzmäßigkeiten der elektrischen Ströme in der Reihenschaltung . 45 3.2.2 Gesetzmäßigkeiten der Spannungen in der Reihenschaltung. 45 3.2.2.1 Maschenregel . 46 3.2.3 Gesetzmäßigkeiten der Widerstände in der Reihenschaltung . 46 3.2.4 Gesetzmäßigkeiten der Spannungen und Widerstände in der Reihenschaltung. 47 3.2.5 Gesetzmäßigkeiten der elektrischen Leistungen und umgewandelten Energien . 47 3.3 Gemischte Widerstandsschaltungen . 48 3.3.1 Erweiterte Reihenschaltung. 49 3.3.2 Erweiterte Parallelschaltung . 49 3.3.3 Kosten der elektrischen Arbeit . 50 3.4 Spannungsteiler . 50 3.4.1 Unbelasteter Spannungsteiler. 50 3.4.2 Belasteter Spannungsteiler . 52 3.5 Messbereichserweiterung von elektrischen Messinstrumenten . 53 3.5.1 Messbereichserweiterung von Strommessern . 53 3.5.2 Messbereichserweiterung von Spannungsmessern . 54 3.6 Widerstandsmessung . 55 3.6.1 Indirekte Widerstandsmessung mit einer Strom-und Spannungsmessung . 55 3.6.1.1 Stromfehlerschaltung . 56 3.6.1.2 Spannungsfehlerschaltung . 56 3.6.2 Direkte Widerstandsmessung mit dem Widerstandsmesser. 57
VI
Seite 3.6.3 Direkte Widerstandsmessung mit der Widerstandsmessbrücke . 58 3.6.3.1 Herleitung der Abgleichbedingung . 59 3.6.3.2 Brückenspannung U AB bei der nicht abgeglichenen Brückenschaltung . 59 3.7 Innenwiderstand von Spannungserzeugern . 59 3.7.1 Leerlauffall . 60 3.7.2 Belastungsfall . 60 3.7.3 Kurzschlussfall . 60 Gesetzmäßigkeiten der elektrischen und magnetischen Felder . . . 68 bis 121 Lektion 4 Das elektrische Feld 68 4.1 Grundlegende Betrachtungen über elektrische Felder . 68 4.1.1 Coulomb'sches Gesetz . 69 4.1.2 Elektrische Influenz . 70 4.1.2.1 Elektrische Influenz bei Metallen . 70 4.1.2.1.1 Abschirmung elektrischer Felder . 71 4.1.2.2 Elektrische Influenz bei Nichtmetallen . 71 4.1.2.2.1 Verschiebungspolarisation . 72 4.1.2.2.2 Orientierungspolarisation . 72 4.2 Die elektrische Feldstärke . 72 4.2.1 Elektrische Feldstärke im homogenen Feld . 73 4.2.2 Elektrische Feldstärke im radialsymmetrischen Feld . 74 4.3 Die elektrische Spannung und Feldstärke im homogenen Feld . 75 4.4 Der Kondensator . 75 4.4.1 Speichervermögen und Flächenladungsdichte eines Plattenkondensators . 75 4.4.2 Kapazität eines Kondensators . 77 4.4.2.1 Kapazität eines
Plattenkondensators ohne Dielektrikum . 77 4.4.2.2 Kapazität eines Kondensators mit Dielektrikum . 78 4.4.2.3 Kondensatorbauformen. 79 4.4.3 Auf- und Entladen von Kondensatoren . 80 4.4.3.1 Zeitkonstante von Kondensatoren . 80 4.4.3.2 Elektrische Energie von Kondensatoren . 81 4.4.4 Kondensatorschaltungen . 81 4.4.4.1 Parallelschaltung von Kondensatoren. 81 4.4.4.2 Reihenschaltung von Kondensatoren . 82 4.5 Feldtheoretische Überlegungen . 83 Lektion 5 Das magnetische Feld 87 5.1 Grundlegende Betrachtungen über magnetische Felder . 87 5.1.1 Merkmale der magnetischen Felder. 88 5.1.2 Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule. 89 5.1.3 Magnetische Influenz . 90 5.2 Magnetische Größen. 90 5.2.1 Durchflutung. 90 5.2.2 Magnetische Feldstärke . 91 5.2.3 Magnetische Spannung . 92 VII
Seite 5.2.4 Magnetischer Fluss . 93 5.2.5 Magnetische Flussdichte . 93 5.3 Kraftwirkung eines Magnetfeldes auf einen stromdurchflossenen Leiter . 93 5.3.1 Stromdurchflossene Spule ohne Eisenkern . 96 5.3.2 Stromdurchflossene Spule mit Eisenkern. 96 5.3.3 Entmagnetisierung . 98 5.3.4 Permeabilität . 99 5.3.4.1 Permeabilität von verschiedenen Werkstoffen . 100 5.3.4.2 Hystereseschleifen. 101 5.4 Der magnetische Kreis . 102 5.4.1 Magnetischer Widerstand und magnetische Leitfähigkeit. 103 5.4.2 Das Ohm’sche Gesetz des magnetischen Kreises . 104 5.5 Elektrische und magnetische Felder in Natur und Technik . 105 Lektion 6 Elektromagnetische Induktion 110 6.1 Historische Entwicklung der Spannungserzeugung durch Induktion. 110 6.1.1 Spannungserzeugung bei Bewegung eines Leiters im homogenen Magnetfeld . 110 6.1.2 Induzierte Spannung in Abhängigkeit von der Flächenänderungsgeschwindigkeit. 112 6.2 Spannungserzeugung im ruhenden Leiter bei Änderung des Magnetfeldes 113 6.3 Selbstinduktion . 115 6.3.1 Induktivität einer Spule . 117 6.3.2 Schaltungen von Spulen . 118 6.3.3 Wirbelströme. 119 6.4 Elektrische Energie einer Spule . 120 Anwendungen elektrischer und magnetischer
Felder. 122 bis 248 Lektion 7 Elektromagnetische Schaltung und elektrische Messgeräte 122 7.1 Elektromagnete. 122 7.2 Elektromagnetische Schalter. 122 7.2.1 Schütze . 122 7.2.1.1 Einfache Schützsteuerung . 123 7.2.1.2 Relais . 125 7.2.1.3 Leitungsschutzschalter und Motorschutzschalter . 126 7.3 Elektrische Messgeräte. 128 7.3.1 Aufbau und Wirkungsweise eines Drehspulmesswerks . 128 7.3.2 Elektrische Eigenschaften und Anwendungen . 129 7.4 Das Oszilloskop . 130 7.4.1 Aufbau und Wirkungsweise des Oszilloskopes . 130 7.4.2 Elektrische Eigenschaften der Oszilloskope. 136 7.4.3 Messungen mit dem Oszilloskop. 137 7.4.3.1 Messungen der Wechselspannung und der Frequenz mit dem Oszilloskop 137 7.4.3.2 Messung des Wechselstromes mit dem Oszilloskop. 138 7.4.3.3 Messung von Selbstinduktionsvorgängen mit dem Oszilloskop . 139 VIII
Seite Lektion 8 Der Wechselstromkreis 142 8.1 Historische Entwicklung der Wechselstromtechnik. 142 8.2 Erzeugung von sinusförmigen Wechselspannungen und Wechselströmen . 142 8.3 Darstellung und Berechnung von sinusförmigen Wechselgrößen. 143 8.4 Wirkwiderstand, Kondensator und Spule im Wechselstromkreis . 147 8.4.1 Wirkwiderstand im Wechselstromkreis . 147 8.4.2 Der Kondensator im Wechselstromkreis. 149 8.4.2.1 Der verlustfreie Kondensator. 149 8.4.2.2 Kapazitiver Blindwiderstand . 150 8.4.2.3 Kapazitive Blindleistung. 150 8.4.2.4 Der verlustbehaftete Kondensator . 152 8.4.2.5 Leistungsfaktor, Blindfaktor, Verlustfaktor und Gütefaktor bei Kondensatoren . 153 8.5 Die Spule im Wechselstromkreis . 154 8.5.1 Die verlustfreie Spule im Wechselstromkreis . 154 8.5.2 Induktiver Blindwiderstand . 155 8.5.3 Induktive Blindleistung . 156 8.5.4 Die verlustbehaftete Spule . 157 8.5.5 Leistungsfaktor, Blindfaktor, Verlustfaktor und Gütefaktor bei Spulen . 158 8.6 Blindleistungskompensation. 159 Lektion 9 Dreiphasenwechselspannung 165 9.1 Erzeugung einer Dreiphasenwechselspannung . 165 9.2 Stern-und Dreieckschaltung . 167 9.2.1 Sternschaltung . 167 9.2.2 Dreieckschaltung . 170 9.3 Bedeutung des Drehstroms für die elektrische Energieübertragung.
172 9.4 Technische Anwendungen der Stern-und Dreieckschaltung . 172 9.5 Drehstromleistung . 173 Lektion 10 Transformatoren 177 10.1 Aufbau und Wirkungsweise eines Einphasen-Transformators . 177 10.1.1 Leerlauffall. 178 10.1.2 Belastungsfall . 179 10.1.3 Leistungsschild. 180 10.1.4 Leistung und Wirkungsgrad von Einphasen-Transformatoren . 181 10.1.5 Anwendungsbeispiele der Einphasen-Transformatoren . 182 10.2 Aufbau und Wirkungsweise eines Drehstrom-Transformators . 182 10.3 Energieversorgung und Energieverteilung. 185 Lektion 11 Elektrische Maschinen 189 11.1 Unterscheidungsmöglichkeiten der elektrischen Maschinen . 189 11.2 Gleichstrommotoren . 189 11.2.1 Aufbau und Wirkungsweise von Gleichstrommotoren. 189 11.2.2 Drehzahlsteuerung von Gleichstrommotoren . 192 11.2.3 Gleichstrommotoren in Sonderbauformen. 196 IX
Seite 11.2.3.1 Universalmotor. 196 11.2.3.2 Scheibenläufermotor. 196 11.2.3.3 Schlankläufermotor. 197 11.2.4 Schaltungsarten und Betriebsverhalten von Gleichstrommotoren. 197 11.3 Drehstrommotoren. 199 11.3.1 Erzeugung eines Drehfeldes . 199 11.3.2 Synchronmotoren . 201 11.3.3 Drehstrom-Asynchronmotoren. 202 11.4 Aufbau und Wirkungsweise von Drehstrom-Kurzschlussläufermotoren . 202 11.5 Betriebsverhalten von Drehstrom-Kurzschlussläufermotoren . 205 11.6 Anlassverfahren für Drehstrom-Kurzschlussläufermotoren . 206 11.6.1 Stern-Dreieck-Anlassverfahren. 206 11.6.2 Anlassen mit dem Anlasstransformator . 207 11.6.3 Ständeranlasser mit Widerständen . 208 11.7 Drehzahlsteuerung von Drehstrom-Asynchronmotoren. 208 11.7.1 Frequenzsteuerung . 208 11.7.2 Polumschaltung . 209 11.7.3 Spannungsänderung. 210 11.7.4 Schlupfänderung . 210 11.8 Drehstrommotor als Einphasenmotor .211 Lektion 12 Schutzmaßnahmen 214 12.1 Gefährliche Wirkungen des elektrischen Stromes . 214 12.1.1 Sofortmaßnahmen bei elektrischen Unfällen . 216 12.1.1.1 Abschaltung . 216 12.1.1.2
Erste-Hilfe-Maßnahmen. 216 12.1.1.3 Brandbekämpfung . 216 1 2.2 Fehlerarten. 21 6 12.2.1 Isolationsfehler. 216 12.2.2 Körperschluss, Kurzschluss und Erdschluss . 217 12.2.3 Leiterschluss . 217 12.3 Schutzmaßnahmen gegen Berühren unter Spannung stehender Betriebsmittel . 218 12.3.1 Schutzmaßnahmen gegen direktes Berühren . 218 12.3.2 Schutzmaßnahmen gegen indirektes Berühren . 219 12.3.2.1 Schutzmaßnahmen gegen indirektes Berühren bei Verbrauchern ohne Schutzleiter . 219 12.3.2.2 Schutzmaßnahmen gegen indirektes Berühren bei Verbrauchern mit Schutzleiter . 220 12.3.3 Schutzmaßnahmen gegen direktes und indirektes Berühren . 221 12.3.4 Überstromschutzorgane . 222 12.4 Schutz vor elektromagnetischen Störungen . 223 12.4.1 Funkentstörquellen . 223 12.4.2 Störungsempfänger und Störungsübertragung . 224 12.4.3 Entstörmaßnahmen . 224 12.4.3.1 Entstörkondensator und Tiefpassfilter . 225 12.4.3.2 Funkentstördrossel und Netzentstörfilter . 226 12.4.3.3 Funkenlöschung eines Schalters . 226 12.4.3.4 Abschirmung. 227 12.4.3.5 Galvanische Trennung
. 228 12.4.3.6 Potentialausgleich und Überspannungsschutz in der Energietechnik . 229 12.5 Allgemeine Hinweise zu den Schutzmaßnahmen . 230 X
Seite Lektion 13 Elektromagnetische Schwingungen 235 13.1 Resonanzerscheinung. 235 13.2 Elektrischer Schwingkreis . 235 13.2.1 Reihenschwingkreis . 236 13.2.2 Parallelschwingkreis . 237 13.3 Entstehung und Ausbreitung elektromagnetischer Wellen . 239 13.3.1 Entstehung elektromagnetischer Wellen . 239 13.3.2 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Raum. 240 Lektion 14 Elektrische Messtechnik 243 14.1 Grundbegriffe der elektrischen Messtechnik. 243 14.2 Messwertaufnehmer . 244 14.3 Messung elektrischer und nichtelektrischer Größen . 245 14.4 Messfehler. 247 Elektronische Bauelemente 249 bis 266 Lektion 15 Grundlagen der Halbleitertechnik 249 15.1 Kurze Entstehungsgeschichte der Halbleiterphysik . 249 15.2 Halbleiterwerkstoffe . 249 15.2.1 Energiebändermodell . 250 15.2.1.1 Leiterwerkstoffe . 251 15.2.1.2 Isolierwerkstoffe. 251 15.2.1.3 Halbleiterwerkstoffe . 251 15.2.2 Kristallaufbau eines Halbleiters . 251 15.2.3 Leitungsmechanismen in Halbleiterwerkstoffen. 253 15.2.3.1 Eigenleitung . 253 15.2.3.2 Störstellenleitung. 254 15.2.4 PN-Übergang
. 255 15.3 Bauelemente mit Halbleiterwerkstoffen . 257 15.3.1 Aufbau und Wirkungsweise einer Halbleiterdiode . 257 15.3.2 Transistor . 259 15.3.2.1 Aubau eines bipolaren Transistors. 259 15.3.2.2 Wirkungsweise eines Transistors . 260 15.3.2.3 Grundschaltungen eines Transistors . 261 15.3.2.4 Transistor als Verstärker . 261 15.3.3 Aufbau und Wirkungsweise eines Thyristors . 262 15.3.4 Optoelektronische Bauelemente . 263 15.3.4.1 Photoelement . 263 15.3.4.2 Photodiode . 264 1 5.3.4.3 Leuchtdiode . 264 15.3.4.4 Phototransistor. 264 XI
Lösungsgänge zu den Übungsaufgaben . . 267 bis294 Ergebnisse der Vertiefungsaufgaben . 295 bis 311 Sach Wortverzeichnis . 312 bis 319 Griechisches Alphabet. 319 DIN-Normen, Auswahl zu den Sachgebieten dieses Buches . 320 XII |
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