Grundlagen der Elektrotechnik 1

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1 Grundlagen der Elektrotechnik 1 von Wolf-Ewald Büttner Oldenbourg Verlag München Wien

2 Vorwort V VII 1 Einleitung 1 2 Grundbegriffe Elektrische Ladung Leiter und Nichtleiter Elektrischer Strom und Stromstärke Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger Stromdichte Energie Elektrisches Potenzial und elektrische Spannung Zählpfeilsysteme Elektrischer Widerstand Strom-Spannungs-Kennlinie Nichtlineare passive Zweipole Widerstandsberechnung eines Leiters Temperaturabhängigkeit des Widerstandes Elektrische Quelle Spannungsquelle Stromquelle Elektrische Energie und elektrische Leistung, Wirkungsgrad Elektrische Energie Elektrische Leistung Wirkungsgrad Leistungsanpassung 37

3 VIII 3 Berechnung von Netzwerken Knoten- und Maschensatz Knotensatz Maschensatz Schaltung von ohmschen Widerständen Reihenschaltung Parallelschaltung Kombination von Reihen- und Parallelschaltungen Stern-Dreieck-Umwandlung Rekursives Berechnungsverfahren Reihen- und Parallelschaltung von Quellen Reihenschaltung Parallelschaltung Netzwerkberechnung mittels Knoten- und Maschensatz Aufstellen der Knoten- und Maschengleichungen Maschenstromverfahren Maschenstromverfahren bei Netzwerken ohne Stromquellen Maschenstromverfahren bei Netzwerken mit Stromquellen Knotenpotenzialverfahren Knotenpotenzialverfahren bei Netzwerken ohne Spannungsquellen Knotenpotenzialverfahren bei Netzwerken mit Spannungsquellen Überlagerungsverfahren Zweipoltheorie Lineare aktive und passive Ersatzzweipole Nichtlineare passive Ersatzzweipole Nichtlineare aktive Ersatzzweipole Vierpole Vierpolgleichungen Zusammenschaltung von Vierpolen Elektrisches Feld Grundbegriffe Ursache und Richtungssinn des elektrischen Feldes Elektrische Feldstärke und Spannung Elektrisches Strömungsfeld Feld der Stromdichte Homogenes elektrisches Strömungsfeld Inhomogenes elektrisches Strömungsfeld Elektrostatisches Feld Merkmale des elektrostatischen Feldes 126

4 LX Elektrischer Verschiebungsfluss und elektrische Verschiebungsdichte Zusammenhang zwischen elektrischer Verschiebungsdichte und elektrischer Feldstärke Überlagerung von Potenzialfeldern Durchschlagfeldstärke Kapazitäten Definition der Kapazität Kapazitäten einiger Kondensatoren Leitungskapazitäten Nichtlineare Kapazität und Temperaturabhängigkeit Schaltung von Kondensatoren Parallelschaltung von Kondensatoren Reihenschaltung von Kondensatoren Gemischte Schaltung von Kondensatoren Geschichtete Dielektrika Energie und Kräfte im elektrostatischen Feld Energie im elektrostatischen Feld Kräfte im elektrostatischen Feld Schaltvorgänge im Gleichstromkreis Ladevorgang bei einer Kapazität Entladevorgang bei einer Kapazität Umladung bei Kapazitäten Stationäres magnetisches Feld Grundbegriffe Elektrische Durchflutung Magnetische Feldstärke Magnetische Spannung Magnetischer Widerstand und Leitwert Magnetischer Fluss und magnetische Flussdichte Analogie zwischen den elektrischen Feldern und dem magnetischen Feld Magnetische Ersatzschaltbilder Berechnung magnetischer Felder in nichtferromagnetischen Stoffen Feld eines geraden, langen Leiters mit kreisförmigem Querschnitt Feld eines geraden, langen Hohlleiters Feld einer langen Zylinderspule Feld einer Ringspule Feld einer geraden, langen Koaxialleitung Gesetz von Biot-Savart Überlagerung magnetischer Felder Berechnung magnetischer Felder in ferromagnetischen Stoffen Verhalten der Materie im magnetischen Feld 205

5 X Feldgrößen an Materialübergängen Magnetische Streuung Berechnung unverzweigter und verzweigter magnetischer Kreise Dauermagnetkreis Zeitlich veränderliches magnetisches Feld Induktionsgesetz Festlegung der Zählpfeile Verkettungsfluss Bewegter Leiter in einem magnetischen Feld Induktionsgesetz in allgemeiner Form Induzierte elektrische Feldstärke und Spannung Induktion durch Flächenänderung Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte Induktion durch Flächenänderung und zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte Selbstinduktion Induktivität Berechnung der Induktivität verschiedener Spulen und Leiteranordnungen Zweipoldarstellung einer Induktivität Zusammenschaltung von Induktivitäten Schaltvorgänge im Gleichstromkreis Kurzschließen einer stromdurchflossenen Induktivität Einschalten einer Induktivität Ausschalten einer Induktivität Magnetische Kopplung Gegenseitige Induktivität Kopplungsfaktor Wirbelströme Magnetische Energie und Hystereseverluste Magnetische Energie einer Induktivität Magnetische Energie gekoppelter Spulen Hystereseverluste Kräfte im magnetischen Feld Kräfte zwischen Polflächen Kräfte auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld Kräfte zwischen stromdurchflossenen, parallelen Leitern Kraft auf bewegte freie Ladungsträger Lösung der Aufgaben 310 Stichwortverzeichnis 347