Grundlagen der Elektrotechnik II

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1 Grundlagen der Elektrotechnik II Mag. Manfred Smolik Wien, 18. Februar 2019

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3 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 3 2 Gleichstromtechnik Elektrisches Feld Permittivität ε Magnetisches Feld und Elektromagnetismus Charakteristische Größen und Maßeinheiten Magnetische Flussdichte B Permeabilität µ Curie-Temperaturen i

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5 Tabellenverzeichnis 2.1 Relative Permittivität Magnetische Flussdichten Relative Permeabilität diamagnetischer Materialien Relative Permeabilität paramagnetischer Materialien Bereiche relativer Permeabilität ferro- und ferrimagnetischer Materialien Curie-Temperaturen iii

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7 Lehrplan Grundlagen der Elektrotechnik Der Lehrplan umfasst den Stoff sowohl des 1. als auch des 2.Semesters. Grundlagen Elektrische Grundgrößen Einheiten und Gesetze Leitungsmechanismus Magnetisches Feld und Elektromagnetismus Charakteristische Größen und Maßeinheiten Erscheinungen und Gesetze Magnetischer Kreis Induktionsgesetz Gleichstromtechnik Elektrisches Feld Stromkreis Ohmsches Gesetz Widerstände (Schaltelement, Schaltungen, Temperaturabhängigkeit) Kirchhoffsche Regeln Strom- und Spannungsquellen Anpassungen

8 Wechselstromtechnik Wechselstromkreis Wechselstromwiderstände Schaltungen von Widerständen Elektrische Arbeit und Leistung im Wechselstromkreis Ein- und Mehrphasensysteme Grundlagen der Digitaltechnik Darstellung binärer Information Boolesche Verknüpfung Kombinatorische Logik Schaltalgebra Schaltsymbole 2

9 1 Grundlagen c = m s 1 µ 0 = 12,5664(23) 10 7 H m 1 4π 10 7 H m 1 ε 0 = 1 µ 0 c 2 3

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11 2 Gleichstromtechnik 2.1 Elektrisches Feld Permittivität ε ε = ε 0 ε r Im Vakuum gilt ε r = 1. Tabelle 2.1: Relative Permittivität bei 293,15 K fl 20 C aus unterschiedlichen Quellen. Material Relative Permittivität ε r BS 1 G 2 dtv 3 Wiki 4,5 DH 6 Glas Quarzglas 3,7 3,7 4 5 Porzellan 6 6, Hartgummi 3 2,5 3,5 2,5 3 Eis (H 2 O, bei 273,15 K fl 0 C.) 3 Eis (Bei 253,15 K fl 20 C.) 16 Benzol (C 6 H 6 ) 2,3 2,3 2,28 Ethylalkohol (C 2 H 6 O) 21 25,8 24 Glyzerin (C 3 H 8 O 3 ) ,5 Wasser (H 2 O) 81 81,1 5 81, Wasser (Bei 273,15 K fl 0 C.) Luft 7 1, , , ,00059 Kohlendioxid 7 (CO 2 ) 1,00098 Wasserstoff 7 (H 2 ) 1, , Helium 7 (He) 1, ,0055 Argon 7 (Ar) 1, Bergmann, Schaefer; Lehrbuch der Experimentalphysik, Band II, 7. Auflage, Gerthsen, Vogel; Physik: ein Lehrbuch, 17. Auflage, Breuer; dtv-atlas zur Physik, Band 2, 3. Auflage, Bei 291,15 K fl 18 C. 6 Deimel, Hasenzagl; Grundlagen der Elektrotechnik, Band 1, 14. Auflage, Unter Normalbedingungen, d. h. bei 273,15 K fl 0 C und 1013,25 hpa fl 1013,25 mbar. 8 Bei 273,15 K fl 0 C. 5

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13 3 Magnetisches Feld und Elektromagnetismus 3.1 Charakteristische Größen und Maßeinheiten Magnetische Flussdichte B Ursache Tabelle 3.1: Magnetische Flussdichten aus unterschiedlichen Quellen. Magnetische Flussdichte B/T Gehirnströme 9 1, Erde (Pole) 1,10 6, Erde (Äquator) 1,10 3, Erde (Mitteleuropa) 10 4, Erde (Mitteleuropa, horizontale Komponente) 10 2, Erde (Mitteleuropa, vertikale Komponente) 10 4, Sonne 9 1, Permanentmagnete 9 1,4 Supraleitende Elektromagnete 11 33,8 Bittermagnete 12 37,5 Bittermagnet in supraleitendem Elektromagnet 12 45,0 Bittermagnet in supraleit. Elektromag. für ms ,75 Neutronensterne 9 1, Sexl u. a.; Physik 3, Neubearbeitung, 1. Auflage, meet-the-100-tesla-pulsed-magnet,

14 3 Magnetisches Feld und Elektromagnetismus Permeabilität µ µ = µ 0 µ r Tabelle 3.2: Relative Permeabilität diamagnetischer Materialien aus unterschiedlichen Quellen. Material Relative Permeabilität µ r BS 1 G 2 dtv 3 Wiki 14 KRS 15 Bismut (Bi) 0, , , , , Gold (Au) 0, , Quecksilber (Hg) 0, , , Silber (Ag) 0, , Glas 0, Zink (Zn) 0, , , Kupfer (Cu) 0, , , Wasser (H 2 O) 0, , , , , Tabelle 3.3: Relative Permeabilität paramagnetischer Materialien aus unterschiedlichen Quellen. Material Relative Permeabilität µ r BS 1,19 G 2 dtv 3 Wiki KRS 15 Luft 1, , , , Sauerstoff (O 2 ) 1, , , , Zinn (Sn) 1, , Hartgummi 1, Aluminium (Al) 1, , , , Platin(Pt) 1, , , , , Palladium (Pd) 1, , , Krikava, Ruhswurm, Seiser; Grundlagen der Elektrotechnik, Band 1, 8. Auflage, Polykristallin Bei 293,15 K fl 20 C Unter Normalbedingungen, d. h. bei 273,15 K fl 0 C und 1013,25 hpa fl 1013,25 mbar

15 3.1 Charakteristische Größen und Maßeinheiten Tabelle 3.4: Bereiche relativer Permeabilität ferro- und ferrimagnetischer Materialien aus unterschiedlichen Quellen. Material Bereich der relativen Permeabilität µ r Wiki 25 KRS 15 Eisen (Fe) bis zu einigen Nickel (Ni) bis zu einigen Kobalt (Co) bis zu einigen Nickel-Eisen-Legierungen Ferrite Mangan-Zink-Ferrite Nickel-Zink-Ferrite Curie-Temperaturen Material Tabelle 3.5: Curie-Temperaturen aus unterschiedlichen Quellen. Curie-Temperatur G 2 dtv 3 Wiki 27 ϑ C / C T C /K ϑ C / C T C /K ϑ C / C T C /K Kobalt (Co) Eisen (Fe) Nickel (Ni) Mumetall