Elektrotechnik 1 Grundlagenlehrbuch

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1 Reinhold Paul Elektrotechnik 1 Grundlagenlehrbuch Felder und einfache Stromkreise Zweite, neubearbeitete und erweiterte Auflage Mit 212 Abbildungen und 32 Tafeln Springer-Verlag Berlin Heidelberg NewYork London Paris Tokyo HongKong Barcelona

2 Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der wichtigsten Symbole XV 0 Einführung Das Lehrgebiet Elektrotechnik Elektronik Physikalische Größen und Gleichungen Physikalische Größen und Größenarten. Physikalische Gleichungen Dimensionen. Einheiten Arten physikalischer Gleichungen Arten physikalischer Größen. Vorzeichen- und Richtungsregeln Beschreibung elektrischer Erscheinungen Teilchenmodell. Grund Vorstellungen Feldmodell Teilchenmodell. Elektrische Ladung Q Eigenschaften der elektrischen Ladung Ladungsverteilungen Erhaltungssatz der Ladung Bewegte Ladung. Elektrische Stromstärke / Wesen einer Strömung. Strombegriff Elektrische Stromstärke / Zusammenhang Strom Ladung Strommessung 45 2 Das elektrische Feld und seine Anwendungen Feldbegriffe Wesen und Feldeigenschaften Feldgrößen und Koordinatensysteme Lokale Felddarstellung. Integrale Größen Feldstärke E und Potential (p Feldstärke E Potential cp Bestimmung der Feldstärke aus dem Potential Potentialüberlagerung Potential q> und Spannung U Elektrisches Strömungsfeld : Stromdichte S 71

3 X Inhaltsverzeichnis Verknüpfung von Stromdichte S und Feldstärke E. Leitfähigkeit x, Eigenschaften des Strömungsfeldes im Raum und an Grenzflächen Strömungsfelder wichtiger Leiteranordnungen Bestimmung des Feldbildes Kontinuitätsgleichung im Strömungsfeld Verhalten an Grenzflächen Integralgrößen des stationären Strömungsfeldes: Strom /, Spannung U, Widerstand R. Gleichstromkreis Spannungsquelle. Quellenspannung U Q Widerstand R. Leitwert G Widerstandsbegriff Zusammenschaltungen von Widerständen und Leitwerten Lineare und nichtlineare Strom-Spannungs-Relation Widerstand als Bauelement Aktive und passive Zweipole. Grundstromkreis Energie und Leistungsumsatz in Zweipolen Zweipolgleichungen. Kennlinien und Kenngrößen linearer Zweipole Grundstromkreis Anwendungsbeispiele des Grundstromkreises Leistungsumsatz im Grundstromkreis Nichtlinerare Zweipole im Grundstromkreis Analyse von Gleichstromkreisen Zweigstromanalyse Hilfsverfahren für die Netzwerkanalyse Zweipoltheorie Elektrostatisches Feld: Elektrische Erscheinungen in Nichtleitern Feldstärke- und Potentialfeld Verschiebungsflußdichte D Verknüpfung der Verschiebungsflußdichte D und der Feldstärke E im Dielektrikum Eigenschaften des elektrostatischen Feldes im Raum Felder im Dielektrikum Eigenschaften des elektrostatischen Feldes Eigenschaften an Grenzflächen Die Integralgrößen des elektrostatischen Feldes Verschiebungsfluß W Kapazität С Beziehung zwischen Widerstand und Kondensator im Strömungs- und elektrostatischen Feld Elektrisches Feld im Nichtleiter bei zeitveränderlicher Spannung Strom-Spannungs-Relation des Kondensators Verschiebungsstrom i v Verschiebungsstromdichte 5 V 200

4 Inhaltsverzeichnis XI 3 Das magnetische Feld und seine Anwendungen Die vektoriellen Größen des magnetischen Feldes Induktion В Magnetische Erregung. Magnetische Feldstärke H Umlaufintegral der magnetischen Feldstärke H. Durchflutung 0. Wirbelcharakter des magnetischen Feldes Verknüpfung der Induktion В und der magnetischen Feldstärke H. Permeabilität ц Eigenschaften des magnetischen Feldes im Raum und an Grenzflächen Integrale Größen des magnetischen Feldes Magnetischer Fluß Ф Magnetisches Potential ф. Magnetische Spannung V. Durchflutung Magnetischer Kreis Verkopplung; Magnetischer Fluß 0 Strom / Induktivität L (Selbstinduktivität) Gegeninduktivität M Dauermagnetkreis Induktionsgesetz: Verkopplung magnetischer und elektrischer Größen Gesamterscheinung der Induktion Ruheinduktion Induktionsgesetz für Ruheinduktion Anwendungen der Ruheinduktion Bewegungsinduktion Induktionsgesetz für Bewegungsinduktion Anwendungen der Bewegungsinduktion Wechselseitige Verkopplung elektrischer und magnetischer Größen Selbstinduktion Gegeninduktion Transformator Rückblick bzw. Ausblick zum elektromagnetischen Feld Energie und Leistung elektromagnetischer Erscheinungen Energie und Leistung Elektrische Energie W. Elektrische Leistung P Strömungsfeld Elektrostatisches Feld Magnetisches Feld Energieübertragung Energieströmung Energietransport Quelle Verbraucher Umformung elektrischer in mechanische Energie 342

5 XII Inhaltsverzeichnis Kräfte im elektrischen Feld Kraft auf ruhende Ladungen Kraft auf Grenzflächen Kräfte im magnetischen Feld Kraft auf bewegte Ladungen Kraft auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld Kraft auf Grenzflächen Mechanisches Drehmoment von Dipolen Umformung elektrischer Energie in Wärme und umgekehrt Elektrische Energie. Wärme Thermische Ersatzschaltung Anwendungen des Wärmeumsatzes 389 Literaturverzeichnis 394 Sachverzeichnis 395