rtllh Grundlagen der Elektrotechnik Gert Hagmann AULA-Verlag

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1 Gert Hagmann Grundlagen der Elektrotechnik Das bewährte Lehrbuch für Studierende der Elektrotechnik und anderer technischer Studiengänge ab 1. Semester Mit 225 Abbildungen, 4 Tabellen, Aufgaben und Lösungen 11., durchgesehene Auflage rtllh AULA-Verlag

2 Inhalt 1 Physikalische Größen, Einheiten, Gleichungen Physikalische Größen Das internationale Einheitensystem Gleichungen 5 2 Gleichstromkreise Grundbegriffe der elektrischen Strömung Aufbau der Materie, elektrische Ladungsträger Freie Elektronen, Defektelektronen, Ionen Der elektrische Strom Die elektrische Stromdichte Strömungsgeschwindigkeit der Elektronen Die elektrische Spannung Das ohmsche Gesetz Spezifischer Widerstand und Leitfähigkeit Die Temperaturabhängigkeit des elektri sehen Widerstandes Arbeit und Leistung bei Gleichstrom Bezugssinn und Pfeilsysteme Die Kirchhoff sehen Gesetze Quellenspannung und innerer Widerstand von realen Spannungsquellen Stromquellen Die Berechnung von Gleichstromkreisen Reihenschaltung von Widerständen Parallelschaltung von Widerständen Dreieck-Stern- und Stern-Dreieck-Umwandlung Netzwerkberechnung bei Schaltungen mit einer Spannungsquelle Netzwerkberechnung durch unmittelbare Anwendung der Kirchhoff sehen Gesetze Netzwerkberechnung nach dem Maschenstromverfahren Netzwerkberechnung nach dem Knotenpotenzial-Verfahren Netzwerkberechnung durch Anwendung des Überlagerungsgesetzes Leistungsanpassung Die Ersatzspannungsquelle 65

3 Inhalt VII Anwendung der Ersatzspannungsquelle zur Netzwerkberechnung Die Ersatzstromquelle Nichtlineare Gleichstromkreise Allgemeines Behandlung nichtlinearer Kreise 76 3 Das elektrische Feld Die elektrische Ladung und ihre Wirkung Die elektrischen Feldgrößen Elektrische Feldstärke und elektrisches Potenzial Der elektrische Fluss Elektrische Flussdichte Nichtleiter im elektrischen Feld Berechnung elektrostatischer Felder Das Feld der geladenen Kugel Das Feld in der Umgebung mehrerer Ladungen Das Feld des geladenen langen, geraden Leiters Die Kapazität von Kondensatoren Definition der Kapazität Kapazität des Plattenkondensators Kapazität des Kugelkondensators Kapazität des Zylinderkondensators Zusammenschaltung von Kondensatoren Energie des elektrostatischen Feldes Energie des geladenen Kondensators Energiedichte im elektrostatischen Feld Kräfte zwischen elektrischen Ladungen Das Coulomb'sche Gesetz Kräfte zwischen Elektroden Das elektrische Strömungsfeld Allgemeines Feldgrößen des Strömungsfeldes Bestimmung von Widerständen Das magnetische Feld Allgemeines zum magnetischen Feld Die magnetischen Feldgrößen Magnetische Feldstärke Magnetische Flussdichte und Permeabilität Der magnetische Fluss Die magnetische Spannung Das Durchflutungsgesetz 140

4 VIII Inhalt 5.4 Der magnetische Kreis und das ohmsche Gesetz des magnetischen Kreises Berechnung magnetischer Felder Magnetisches Feld in der Umgebung mehrerer stromführender gerader Leiter Das Gesetz von Biot-Savart Materie im magnetischen Feld Allgemeines Ferromagnetische Stoffe Magnetische Kreise mit Eisen Magnetischer Kreis mit Dauermagnet Kräfte im magnetischen Feld Stromführender Leiter im Magnetfeld Bewegte Ladung im Magnetfeld Der Halleffekt Kräfte zwischen parallelen stromführenden Leitern Induktionswirkung des magnetischen Feldes Bewegter Leiter im Magnetfeld Induktionswirkung des zeitlich veränderlichen Magnetfeldes Die Selbstinduktion Die gegenseitige Induktion Die Energie des magnetischen Feldes Kräfte an Grenzflächen Grundbegriffe der Wechselstromtechnik Allgemeines über Wechselgrößen Sinusförmige Wechselgrößen und ihre Darstellung Mittelwerte von periodisch zeitabhängigen Größen Gleichrichtwert Effektivwert Formfaktor und Scheitelfaktor Die Zeigerdarstellung von Sinusgrößen Die komplexe Darstellung von Sinusgrößen Grundbegriffe der komplexen Rechnung Anwendung der komplexen Rechnung in der Wechselstromtechnik Einfache Wechselstromkreise Grundschaltungen Kreis mit ohmschem Widerstand Kreis mit Spule Kreis mit Kondensator Kreis mit Spule und Reihenwiderstand Kreis mit Kondensator und Reihenwiderstand Kreis mit Spule und Parallelwiderstand 238

5 Inhalt IX Kreis mit Kondensator und Parallel widerstand Umwandlung von Reihen-und Parallelschaltung Ersatzschaltungen für reale Bauelemente Spule mit Wirkwiderstand Kondensator mit Verlustwiderstand Widerstand mit Eigeninduktivität und Eigenkapazität Leistung im Wechselstromkreis Wirkleistung Blindleistung Scheinleistung Komplexe Darstellung der Leistung Berechnung von Wechselstromnetzen Allgemeine Berechnungsverfahren Leistungsanpassung in Wechselstromkreisen Blindleistungskompensation Ortskurven Begriff der Ortskurve Die Ermittlung von Ortskurven Inversion einer Geraden Inversion eines Kreises Tief-und Hochpässe Tiefpass Hochpass Schwingkreise Freie und erzwungene Schwingungen Der Reihenschwingkreis Allgemeines Verhalten bei Resonanz Frequenzgang Der Parallel Schwingkreis Allgemeines Verhalten bei Resonanz Frequenzgang Drosselspulen und magnetisch gekoppelte Kreise Drosselspule mit Eisenkern Allgemeines Hystereseverluste Wirbelstromverluste Ersatzschaltbild Transformator mit Eisenkern 315

6 X Inhalt Der ideale Transformator, Verhalten und Ersatzschaltbild des realen Transformators Leerlauf- und Kurzschlussversuch Der eisenfreie Transformator Der eisenfreie Transformator im unbelasteten Zustand Der eisenfreie Transformator im belasteten Zustand Reihenschaltung von magnetisch gekoppelten Spulen Drehstromtechiiik Die Erzeugung von Drehstrom Sternschaltung des Generators Dreieckschaltung des Generators Verbraucherschaltungen im Drehstromsystem Sternschaltung mit angeschlossenem Neutralleiter Sternschaltung ohne angeschlossenen Neutralleiter Dreieckschaltung Die Leistung im Drehstromsystem Leistung bei symmetrischer Belastimg Leistung bei unsymmetrischer Belastung Nichtsinusförmige periodische Vorgänge Allgemeines Darstellung von Funktionen durch Fourier-Reihen Die Fourier-Analyse Nichtsinusförmige Vorgänge in linearen Schaltungen Effektivwert, Leistung, Verzerrung.,..., Effektivwert nichtsinusfönniger Wechselgrößen Wirk-, Blind- und Scheinleistimg Kenngrößen der Verzerrung Schaltvorgänge Allgemeines Schaltvorgänge in RL- und RC-Schaltungen Ohmsch-induktiver Gleichst!omkreis Ohmsch-kapazitiver Gleichstromkreis Ohmsch-induktiver Wechselstromkreis Ohmsch-kapazitiver Wechselstromkreis Schaltvorgänge in RLC-Schaltungen Schaltvorgänge in RLC-Schaltungen bei Gleichspannungsversorgung Schaltvorgänge in RLC-Schaltungen bei Wechsel spannungsversorgung 387 Verzeichnis der wichtigsten Symbole 389 Literaturverzeichnis 391 Sachverzeichnis 392