Grundlagen der Elektrotechnik

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1 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Reinhold Pregla Grundlagen der Elektrotechnik 7., überarbeitete und erweiterte Auflage unter Mitarbeit von Dr.-Ing. Hans-Georg Bergandt Dr.-Ing. Uwe Schulz Dr.-Ing. Volker Tulaja Hüthig Verlag Heidelberg

2 Inhaltsverzeichnis Vororientierung zur Kurseinheit Zur Beschreibung physikalischer Vorgänge Physikalische Größen Einheiten und Einheitensysteme Dimension, Zahlenwertgleichung Das statische elektrische Feld Die elektrische Ladung und ihre Wirkungen Zum Aufbau der Materie Grundversuche zur Wirkung der elektrischen Ladung Ladungserhaltungssatz, Leiter und Nichtleiter Feldstärke und Coulomb sches Gesetz Feldlinien, Feldlinienbilder Vororientierung zur Kurseinheit Bewegung einer Ladung im elektrischen Feld - Arbeit, Potential Spannung Ungeladene Leiter im statischen elektrischen Feld Influenz Der Faraday sche Becherversuch. 1.6 Die elektrische Verschiebungsdicht Fluss eines Vektorfeldes Die Erregung des elektrische Vororientierung zur Kurseinheit Die Kapazität Begriff und Bere ng Kondensatoren und Beispiele für die Kapazitätsberechnung Zusammenschaltung von Kondensatoren Energie und Kräfte im elektrostatischen Feld Energie und Energiedichte Bestimmung von Kräften aus der Elektrostatische Spannungsmesser Der elektrische Dipol...

3 VIII Inhaltsverzeichnis 1.9 Materie im elektrischen Feld Die Feldstärke im isolierenden Stoff Grenzfläche zwischen zwei Dielektrika Betrachtung der Polarisation im atomaren Bereich Energie und Kräfte in Feldern mit Dielektrika Vororientierung zur Kurseinheit Der elektrische Strom Der einfache Stromkreis: Die elektrische Stromstärke Stromstärke und Stromdichte Strömung im Metall: Ohm sches Gesetz Strömungsfelder Temperaturabhängigkeit des Widerstandes Energieumsetzung im elektrischen Stromkreis Strömung im Hochvakuum: Raumladungsgesetz Vororientierung zur Kurseinheit Leitungsmechanismen im Halbleiter Zur Kristallstruktur der Halbleiter Eigenleitung Störleitung Bändermodell Zustandsdichte, Besetzungswahrscheinlichkeit, Ladungsträgerdichten Die Halbleiterdiode Der stromlose pn-übergang Der pn-übergang unter Vorspannung Stromsteuerung im Transistor Der Injektionstransistor Feldeffekttransistoren Einführung Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (NIGFET) Isolierschicht-Feldeffekttransistoren (IGFET) Übersicht über die Feldeffekttransistoren

4 Inhaltsverzeichnis IX Vororientierung zur Kurseinheit Gleichstromschaltungen Strom und Spannungen im einfachen Stromkreis Zweipole Zusammenschaltung von Zweipolen - die Kirchhoff schen Regeln Serien- und Parallelschaltung von Widerständen Messung von Stromstärke und Spannung Die Wheatstone sche Brücke Der Spannungsteiler Ersatzquellen Leistungsanpassung und Wirkungsgrad Schaltungen mit nichtlinearen Elementen Vororientierung zur Kurseinheit Berechnung linearer Netzwerke Allgemeine Grundlagen Das Maschenstromverfahren Das Knotenpotentialverfahren Netzwerktopologie Die Netzwerkgleichungen Netzwerkgleichungen nach dem Maschenverfahren Netzwerkgleichungen nach dem Knotenverfahren Bemerkungen zu den Analysegleichungen Lösung der Analysegleichungen - Überlagerungsprinzip Netzwerkfunktionen Eingangswiderstand und Übergangsgröße Das Reziprozitätstheorem n-torgleichungen Netzwerke mit gesteuerten Quellen Gesteuerte Quellen Wichtige Theoreme Quellentransformation Kondensatornetzwerke

5 der Definition X Inhaltsverzeichnis Vororientierung zur Kurseinheit Das magnetische Feld Wirkung und Darstellung des magnetischen Feldes Grunderscheinungen Feldvektor und Feldbilder Vergleich zwischen elektrischem und magnetischem Feld Kraft auf eine bewegte Ladung - Definition der magnetischen Flussdichte B Die magnetische Kraft auf einen stromdurchflossenen Draht Drehmoment auf eine stromdurchflossene Leiterschleife im Magnetfeld - magnetische Dipol Die Erregung des magnetischen Feldes Das magnetische Feld eines geraden Stromfadens Die magnetische Feldstärke Die magnetische Spannung Das Durchflutungsgesetz Beispiele zum Durchflutungsgesetz Das magnetische Feld im Inner Das magnetische Feld eines zylindrischen Drahtes endlicher Dicke Die Kraft zwischen zwei stromdurchflossenen Leitern - der Einheit für die Stromstärke Zur Bestimmung magnetischer Felder Vororientierung zur Kurseinheit Die magnetischen Eigenschaften der Materie Der Magnetisierungsvektor Drehimpuls und magnetisches Moment Diamagnetismus Paramagnetismus Ferromagnetismus Bedingungen an Grenzflächen Der magnetische Kreis Der magnetische Fluss Das Ohm sche Gesetz des magnetischen Kreise Der verzweigte magnetische Kreis Der magnetische Kreis mit Luftspalt Berechnung von Dauermagnetkreisen Anwendungen der magnetischen Kraftwirkung Der Hall-Effekt und seine Anwendungen Das Drehspulinstrument Elektroakustischer Wandler Das Zyklotron

6 Inhaltsverzeichnis XI Vororientierung zur Kurseinheit Die elektromagnetische Induktion Induktionsvorgänge Bewegungsinduktion Transformationsinduktion Lenz'sche Regel Das Induktionsgesetz Das induzierte elektrische Feld Beispiele zum Induktionsgesetz Die induzierte Spannung in einer Spule Gleichmäßig rotierende Spule im konstanten Magnetfeld Drahtschleife im veränderlichen inhomogenen Magnetfeld Das Barlow'sche Rad als,,ausnahme" von der Flussregel Selbstinduktion und Gegeninduktion Selbstinduktion Gegeninduktion Berechnung von Induktivitäten und Gegeninduktivitäten Allgemeines Verfahren Berechnung der Induktivität aus dem magnetischen Fluss Lange Zylinderspule Toroidspule Doppelleitung Gegeninduktivität zwischen zwei Doppelleitungen Vororientierung zur Kurseinheit Energie im magnetischen Feld Magnetische Energie in Spulen Energiedichte im magnetischen Feld Hystereseverluste Berechnung von Kraftwirkungen aus der Energie Berechnung von Induktivitäten aus der 6.8 Wirbelströme und Stromverdrängung Beispiele für Wirbelströme Wirbelstrom in einem dünnen Blech Stromverdrängung Die Grundgleichungen des elektromagnetischen Feldes Das magnetische Feld des Verschiebungsstromes Die Maxwell'schen Gleichungen

7 XII Inhaltsverzeichnis Vororientierung zur Kurseinheit Der elektrische Stromkreis im quasistationären Zustand Der quasistationäre Zustand Die Schaltelemente im quasistationären Zustand Spannungsquellen Die Kirchhoff schen Gleichungen für den quasistationären Fall Ersatzschaltungen realer Bauelemente Ausgleichsvorgang und eingeschwungener Zustand Verschiedene Ausgleichsvorgänge Einfacher Kreis mit Spule oder Kondensator Einfacher Kreis mit Spule und Kondensator Vororientierung zur Kurseinheit Wechselströme und Netzwerke Grundbegriffe und Definitionen Zeigerdarstellung sinusförmiger Wechselgrößen Darstellung sinusförmiger Vorgänge mit Hilfe der komplexen Rechnung Komplexe Zahlen Rechenoperationen mit komplexen Zahlen Komplexe Darstellung sinusförmiger Schwingu en Komplexe Schwingungen und die linearen Schaltelemente Netzwerke aus komplexen Widerständen Komplexer Widerstand und komplexer Leitwert Serien- und Parallelschaltungen komplexer Widerstände Analysegleichungen für Netzwerke aus komplexen Widerständen Duale und reziproke Netzwerke Eigenschaften dualer Netzwerke Reziproke Netzwerke... Vororientierung zur Kurseinheit Ortkurven Wechselstrommessbrücken Schwingkreise Leistungen im Wechselstromkreis Messen von Wechselströmen

8 Inhaltsverzeichnis XIII 8.12 Der Transformator Der ideale Transformator Ersatzschaltungen für den realen Transformator Der verlustfreie Lufttransformator Einsatzbereiche von Transformatoren Glossar... Literaturverzeichnis Sachwört erverzeichnis