Grundlagen und Bauelemente der Elektrotechnik: mit zahlreichen Tabellen, Beispielen, Übungen und Testaufgaben
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|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
München
Hanser
2001
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| Edition: | 4. Aufl. |
| Series: | Lernbücher der Technik
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 445 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3446217940 |
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| adam_text | Titel: Grundlagen und Bauelemente der Elektrotechnik
Autor: Bauckholt, Heinz-Josef
Jahr: 2001
Inhalt
Grundlagen der Elektrotechnik
0 Einleitung 15
1 Elektrische GrundgroBen 16
1.1 Elektrizitat und Elektrotechnik 16
1.2 Elektrischer Strom 17
1.2.1 Elektrische Ladung als Ursprung der Elektrizitat 17
1.2.1.1 DasElektronim Atomaufbau 17
1.2.1.2 Das Elektron als kleinste elektrische Ladung 18
1.2.1.3 Das Modell des elektrischen Feldes um eine elektrische Ladung . 20
1.2.2 StromfluB als gerichtete bewegte Ladung 21
1.2.2.1 Elektrischer StromfluB 21
1.2.2.2 Elektronengeschwindigkeit und Stromgeschwindigkeit 21
1.2.2.3 Stromdichte 23
1.2.2.4 Wirkungen des elektrischen Stromes 24
1.2.3 Stromarten 25
1.3 Elektrische Spannung 26
1.3.1 Energieniveau zwischen getrennten Ladungen 26
1.3.2 Spannungsgewinnung durch Energieumwandlung 28
1.3.3 Spannungsarten 29
1.4 Elektrischer Widerstand 31
1.4.1 Stromleitung in Metallen 31
1.4.1.1 Aufbau und Gitterstruktur von Metallen 31
1.4.1.2 Das Bandermodell bei Metallen 32
1.4.1.3 Vorgang der Stromleitung 33
1.4.2 Elektrischer Widerstand als Strombegrenzer 33
1.4.2.1 Spezifischer Widerstand und spezifische Leitfahigkeit 34
1.4.2.2 Bemessungsgleichung des Widerstandes 35
1.4.2.3 Temperaturabhangigkeit des Widerstandes 38
1.4.3 Stromleitung in Festkorpern, Fliissigkeiten und Gasen 41
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 1 42
2 Elektrischer Stromkreis 43
2.1 Aufbau des technischen Stromkreises 43
2.2 Stromungsgesetze im elektrischen Stromkreis 44
2.2.1 Ohmsches Gesetz 44
2.2.2 Widerstandsdiagramme 46
2.2.2.0 Einfiihrung 46
2.2.2.1 Lineare Widerstande 47
2.2.2.2 Nichtlineare Widerstande 50
2.3 Messung von Strom und Spannung 54
2.3.1 Strommessung 54
2.3.2 Spannungsmessung 54
2.4 Aktiver und passiver Zweipol 55
2.4.0 Einfiihrung 55
2.4.1 Spannungsquelle als aktiver Zweipol 55
2.4.2 Widerstand als passiver Zweipol 56
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 2 57
Inhalt
Grundschaltungen fur Gleichstrom 59
3.1 Reihenschaltung von Widerstanden 59
3.1.1 Gesamtspannung und Gesamtwiderstand ;
3.1.2 Verhaltnisbildung zwischen Teilspannungen und Teilwiderstanden .... oL
3.1.3 Der feste bzw. fest eingestellte unbelastete Spannungsteiler 63
3.1.4 Der verstellbare unbelastete Spannungsteiler (Potentiometerschaltung) . . 64
3.1.5 Gegenuberstellung von Spannungspotentialen 66
3.1.6 Graphische Losung einer Reihenschaltung 68
3.2 Parallelschaltung von Widerstanden ™
3.2.1 Der erste Kirchhoffsche Satz (Knotenpunktsatz) 0
3.2.2 Verhaltnisbildung zwischen Teilstromen und Widerstanden 72
3.2.3 Ersatzwiderstand
3.2.4 Ersatzleitwert
3.2.5 Graphische Losung einer Parallelschaltung 77
3.3 Ersatzspannungsquelle und Ersatzstromquelle 79
3.3.1 Ersatzspannungsquelle 29
3.3.1.0 Einfiihrung 79
3.3.1.1 Schaltung der Ersatzspannungsquelle 79
3.3.1.2 Kennlinie und KenngroBen der Ersatzspannungsquelle 80
3.3.2 Ersatzstromquelle ^
3.3.2.0 Einfiihrung 84
3.3.2.1 Schaltung und KenngroBen der Ersatzstromquelle 84
Lernzielorientierter Test zu den Kapiteln 3.1 bis 3.3 $6
3.4 Gemischte Schaltungen 88
3.4.1 Mischung von Reihen-und Parallelschaltungen 88
3.4.2 Belasteter Spannungsteiler 92
3.4.2.0 Einfiihrung 92
3.4.2.1 Fester belasteter Spannungsteiler • • 92
3.4.2.2 Verstellbar belasteter Spannungsteiler (Potentiometerschaltung) . . 94
3.4.3 Bruckenschaltung 96
3.4.3.0 Einfiihrung 96
3.4.3.1 Die abgeglichene Bruckenschaltung 96
3.4.3.2 Unabgeglichene Bruckenschaltung 98
3.4.4 Netzwerkschaltungen - Gemischte Schaltungen von Spannungsquellen und
Widerstanden 98
3.4.4.0 Einfiihrung 98
3.4.4.1 Berechnung von Netzwerkschaltungen mittels Stern-Dreieckumwand-
lung 98
3.4.4.2 Berechnung von Netzwerkschaltungen mittels Maschen- und Knoten-
gleichungen 106
3.4.4.3 Berechnung von Netzschaltungen durch Umwandlung von Ersatzspan-
nungs-und Ersatzstromquellen 109
3.5 Energie der elektrischen Stromung 115
3.5.1 Elektrische Arbeit * 115
3.5.2 Elektrische Leistung 115
3.5.2.1 Nutzleistung und Verlustleistung 119
3.5.2.2 Leistungshyperbel 122
3.5.2.3 Wirkungsgrad 125
3.5.2.4 Leistungsanpassung !!!!. ! 126
3.6 Umwandlung elektrischer Energie * 130
3.6.0 Einfiihrung 130
^IHetori^EH^mmed.^Ehc^e . . . 132
3.6.2 Elektrische Energie in thermische Energie ! * 133
Inhalt 9
3.6.3 Elektrische Energie in optische Energie 134
3.6.4 Elektrische Energie in chemische Energie 135
3.6.4.0 Einfiihrung 135
3.6.4.1 Elektrolyse und Leitungsmechanismus in Fliissigkeiten 135
3.6.4.2 Elektrochemische Spannungsquellen 139
3.6.4.2.1 Galvanische Elemente (Primarelemente) 139
3.6.4.2.2 Akkumulatoren (Sekundarelemente) 143
Lernzielorientierter Test zu den Kapiteln 3.4 bis 3.6 150
4 Das elektrische Feld 152
4.0 Einfiihrung 152
4.1 Erscheinungsform des elektrischen Feldes 152
4.1.1 Felder zwischen elektrischen Ladungen, sogenannte statische Felder ... 152
4.1.2 Felder in und zwischen stromfiihrenden Leitern 153
4.1.2.0 Einfiihrung 153
4.1.2.1 Felder in stromfiihrenden Leitern 153
4.1.2.2 Felder zwischen stromfiihrenden Leitern 154
4.2 Die Feldstarke als KenngroBe des elektrischen Feldes 155
4.3 Krafte im elektrischen Feld und das Coulombsche Gesetz 157
Lernzielorientierter Test zu den Kapiteln 4.1 bis 4.3 159
4.4 Spannungspotentiale in elektrischen Feldern 159
4.4.1 Spannung im elektrischen Feld 159
4.4.2 Spannung zwischen getrennten Ladungen 161
4.5 Ladungsspeicherung und Kondensator 162
4.6 Isolierstoffe im elektrischen Feld 165
4.6.1 Ladungsverschiebungen in Isolierstoffen oder die elektrische Influenz ... 165
4.6.2 Feld- oder Dielektrizitatskonstante des elektrischen Feldes 166
4.6.3 Bemessungsgleichung der Kapazitat 168
Lernzielorientierter Test zu den Kapiteln 4.4 bis 4.6 170
4.7 Zusammenschaltungen von Kondensatoren 171
4.7.1 Reihenschaltung von Kondensatoren 171
4.7.2 Parallelschaltung von Kondensatoren 173
4.7.3 Gemischte Schaltungen von Kondensatoren 174
4.8 Ein- und Ausschaltvorgang am Kondensator 176
4.8.1 Einschalt-oder Ladevorgang am Kondensator 176
4.8.2 Ausschalt-oder Entladevorgang am Kondensator 180
4.9 Gespeicherte Energie eines geladenen Kondensators und die Energie des elektri¬
schen Feldes 184
Lernzielorientierter Test zu den Kapiteln 4.7 bis 4.9 188
5 Das magnetische Feld 189
5.1 Erscheinungsform des magnetischen Feldes 189
5.1.1 Das magnetische Feld eines Natur-oder Dauermagneten 189
5.1.2 Das magnetische Feld eines stromdurchflossenen Leiters 190
5.1.3 Das magnetische Feld einer stromdurchflossenen Spule oder eines Elektro-
magneten ? 191
5.1.4 Eigenschaften magnetischer Felder 191
5.2 KenngroBen des magnetischen Feldes 192
5.2.1 MagnetfluB oder magnetischer InduktionsfluB 192
5.2.2 MagnetfluBdichte oder magnetische FluBdichte 193
5.2.3 Elektrische Durchflutung 193
5.2.4 Magnetische Feldstarke 195
5.2.5 Magnetischer Widerstand und magnetischer Leitwert 196
10
Inhalt
5.3
5.3.1 Die MagnetfluBdichte als Funktion der Feldstarke
5.3.2 Magnetisierungslinie einer Luftspule • •
5.3.3 Magnetisierungslinie einer Spule mit einem Kern aus ferromagnetischen
Werkstoffen
5.3.3.1 Aufbau der Magnetisierungslinien ferromagnetischer Werkstoffe . .
5.3.3.2 Die Magnetisierungslinien magnetischer Werkstoffe beim Ummagne-
tisierungsvorgang oder die magnetische Hysteresis
5.3.3.3 Arten und Aussteuerung von Hystereseschleifen
5.4 Magnetisierungsarbeit und Magnetisierungsverluste
5.4.1 Magnetisierungsarbeit
5.4.2 Magnetisierungsverluste
Lernzielorientierter Test zu den Kapiteln 5.1 bis 5.4
5.5 Der magnetische Kreis
5.6 Krafte im Magnetfeld
5.6.1 Krafte an magnetischen Polen
5.6.2 Krafte zwischen magnetischen Feldern
5.6.2.1 MagnetfluBdichte und Feldstarke des magnetischen Feldes eines strom-
durchflossenen Leiters
5.6.2.2 Oberlagerung von magnetischen Feldern parallel verlaufender strom-
durchflossener Leiter
5.6.2.3 Krafte zwischen dem magnetischen Feld eines stromdurchflossenen
Leiters oder einer Spule und dem magnetischen Feld eines Dauer-
magneten
5.6.2.4 Krafte zwischen den magnetischen Feldern stromdurchflossener Leiter
5.7 Magnetische Induktion oder Spannungserzeugung durch Veranderung magnetischer
Felder
5.7.1 Bewegung eines stromlosen Leiters im konstanten magnetischen Feld . . .
5.7.2 Bewegung eines stromdurchflossenen Leiters im konstanten magnetischen
Feld
5.7.3 Induktionsgesetz bei bewegten Leitern und Spulen im konstanten magneti¬
schen Feld
5.7.3.0 Einfuhrung
5.7.3.1 Induktionsgesetz bei geradlinier Bewegung eines Leiters oder einer
Spule
5.7.3.2 Induktionsgesetz bei Rotationsbewegung eines Leiters oder einer
Spule
5.7.4 Induktionsgesetz bei ruhenden Leitern oder Spulen im zeitlich veranderlichen
magnetischen Feld
5.7.4.1 Induktivitat, die magnetische KenngroBe einer Spule
5.7.4.2 Reihen- und Parallelschaltung von Induktivitaten
5.7.4.3 Ein- und Ausschaltvorgang an Spulen
5.7.5 Transformatorprinzip
Lernzielorientierter Test zu den Kapiteln 5.5 bis 5.7
6 Grundschaltungen fur Wechselstrom
6.1 Darstellung und KenngroBen von Wechselspannung und Wechselstrom . . . .
6.1.0 Einfuhrung
6.1.1 Zeiger- und Liniendiagramme
6.1.2 KenngroBen von Wechselspannung und Wechselstrom
Gjeichzeitige Belrachtung von Wechselspannungen und Wechselstromen
6.1.4 Uberlagerung von Wechselspannungen und die Fourier-Analyse
201
201
201
202
202
205
206
208
208
209
210
211
216
216
219
219
222
223
226
228
229
230
231
231
231
233
235
236
240
241
243
249
251
251
251
251
251
257
259
In halt 11
6.2 Verhalten der Grundschaltelemente an Wechselspannung 264
6.2.1 Idealer Wirkwiderstand an Wechselspannung 264
6.2.2 Idealer Kondensator an Wechselspannung 265
6.2.3 Ideale Spule an Wechselspannung 271
6.3 Nomographic und Einfuhrung in die komplexe Rechnung 276
6.3.1 Nomographie 276
6.3.2 Komplexe Rechnung und ihre Anwendung im Wechselstromkreis .... 282
6.3.2.1 Komplexe Zahlen - komplexe Zahlenebcnc - Rcchenregeln 282
6.3.2.2 Elcktrische GroBen in komplexer Schreibweise 282
6.4 Reihenschaltungen im Wechselstromkreis 286
6.4.1 Widerstand und Kondensator 286
6.4.2 Widerstand und Spule 291
6.4.3 Kondensator und Spule 294
6.4.4 Widerstand, Kondensator und Spule 296
6.5 Parallelschaltungen im Wechselstromkreis 298
6.5.1 Widerstand und Kondensator 299
6.5.2 Widerstand und Spule 303
6.5.3 Kondensator und Spule 306
6.5.4 Widerstand, Kondensator und Spule 308
Lernzielorientierter Test zu den Kapitel 6.1 bis 6.5 311
6.6 Gemischte Schaltungen 313
6.7 Resonanz im Wechselstromkreis 322
6.7.1 Begriff der Grenzfrequenz 322
6.7.2 Begriff der Resonanz und die Resonanzfrequenz 325
6.7.3 Reihenresonanzkreis 326
6.7.3.0 Einfuhrung 326
6.7.3.1 Idealer Reihenresonanzkreis 326
6.7.3.2 Realer Reihenresonanzkreis 328
6.7.4 Parallelresonanzkreis 330
6.7.4.0 Einfuhrung 330
6.7.4.1 Idealer Parallelresonanzkreis 330
6.7.4.2 Realer Parallelresonanzkreis 331
6.8 Energie im Wechselstromkreis 333
6.8.1 Leistung im Einphasenwechselstromkreis 333
6.8.1.0 Einfuhrung 333
6.8.1.1 Wirkleistung 333
6.8.1.2 Blindleistung 336
6.8.1.3 Wirk-, Blind-und Scheinleistung in einem Wechselstromkreis . . . 337
6.8.2 Blindleistungskompensation oder Leistungsfaktorverbesserung 342
6.8.3 Arbeit im Einphasenwechselstromkreis 345
Lernzielorientierter Test zu den Kapiteln 6.6 bis 6.8 347
6.9 Mehrphasenwechselstrom oder Drehstrom 348
6.9.1 Erzeugung von Mehrphasenwechselstrom 348
6.9.2 Dreiphasenwechselstrom 349
6.9.2.1 Spannungserzeuger in Sternschaltung 351
6.9.2.2 Spannungserzeuger in Dreieckschaltung 352
6.9.2.3 Verbraucher in Sternschaltung 352
6.9.2.4 Verbraucher in Dreieckschaltung 355
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 6.9 359
12
Inhah
Bauelemente der Elektrotechnik
Vorbemerkungen zu den Kapiteln 7 bis 9
7 Lineare technische Widerstande
7.0 Einleitung
7.1 Bauarten technischer Widerstande
7.1.0 Einfiihrung
7.1.1 Festwiderstande
7.1.1.0 Einfiihrung
7.1.1.1 Schichtwiderstande
7.1.1.2 Drahtwiderstande
7.1.2 Stellbare Widerstande (Potentiometer) . . .
7.1.2.0 Einfiihrung
7.1.2.1 Schichtpotentiometer
7.1.2.2 Drahtpotentiometer
7.2 Daten und Normen technischer Widerstande . .
7.2.1 Technische Daten
7.2.2 Normung
7.2.2.1 Normung der Widerstandswerte . .
7.2.2.2 Normung der Kennzeichnung . . .
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 7
8 Technische Kondensatoren
8.1 Bauarten technischer Kondensatoren
8.1.0 Einfiihrung
8.1.1 Wickelkondensatoren
8.1.1.0 Einfiihrung
8.1.1.1 MP-Kondensatoren
8.1.1.2 MK-Kondensatoren
8.1.2 Keramikkondensatoren
8.1.3 Elektrolytkondensatoren
8.1.3.0 Einfiihrung
8.1.3.1 Aluminium-Elektrolytkondensatoren.
8.1.3.2 Tantal-Elektrolytkondensatoren . .
8.1.4 Veranderbare Kondensatoren
8.2 Daten und Normen technischer Kondensatoren
8.2.1 Technische Daten
8.2.2 Normung
8.2.2.1 Normung der Kapazitatswerte . . .
8.2.2.2 Normung der Kennzeichnung . . .
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 8
9 Technische Spulen
9.1 Bauarten technischer Spulen
9.1.0 Einfiihrung
9.1.1 Luftspulen
9.1.2 Spulen mit Kern aus magnetischem Werkstoff
9.2 Daten technischer Spulen
Lernzielorientierter Test zu Kapitel 9
Losungen
Sachwortverzeichnis
361
363
363
363
363
363
363
364
365
366
366
366
367
368
368
369
369
373
375
376
376
376
376
376
377
377
378
378
378
378
379
380
381
381
382
382
383
385
386
386
386
386
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393
394
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| discipline | Elektrotechnik Elektrotechnik / Elektronik / Nachrichtentechnik |
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