Grundgebiete der Elektrotechnik

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1 Grundgebiete der Elektrotechnik Band 1: Stationäre Vorgänge von Arnold Führer, Klaus Heidemann und Wolfgang Nerreter mit 484 Abbildungen, 55 durchgerechneten Beispielen und 141 Aufgaben mit Lösungen 5., bearbeitete Auflage Carl Hanser Verlag München Wien

2 Inhaltsverzeichnis 1 Grundbegriffe Elektrischer Strom Ladungen im Atommodell Leiterund Nichtleiter Ladung und Stromstärke Stromdichte Energie im Stromkreis Potential und Spannung Elektrische Feldstärke CouLOMBsche Kraft und elektrische Feldstärke Spannung und elektrische Feldstärke Leistung und Wirkungsgrad 32 2 Zweipole Der Begriff Zweipol Bezugspfeile Bezugssinn skalarer Größen Bezugspfeile von Strömen und Spannungen Pfeilsysteme Passive Zweipole Strom-Spannungs-Kennlinie Das OHMsche Gesetz Temperaturabhängigkeit Aktive Zweipole Leerlaufund Kurzschluß von Quellen Ideale Quellen Realisierung idealer Quellen Lineare Quellen Nichtlineare Quellen Verbindung von Zweipolen Stationärer Betrieb Dynamischer Betrieb Stabilität von Arbeitspunkten* Leistungsanpassung Verbindung aktiver Zweipole Knotensatz Stromteilung an einer Parallelschaltung Stromsumme an Knoten Maschensatz Spannungsteilung an einer Reihenschaltung Potentiale von Schaltungspunkten Spannungssumme in Maschen Ersatzzweipole Passive Ersatzzweipole Lineare aktive Ersatzzweipole Nichtlineare aktive Ersatzzweipole Anwendungen Spannungsteiler Brückenschaltungen* Strom-und Spannungsmessung 86

3 Inhaltsverzeichnis 7 3 Vierpole Der Begriff Vierpol Lineare passive Vierpole Die Vierpolgleichungen Bestimmung der Vierpolparameter Anwendung der Vierpolparameter Nichtlineare Vierpole Beschreibung nichtlinearer Vierpole Grafische Bestimmung des Arbeitspunktes von Transistoren Lineare Ersatzschaltungen nichtlinearer Vierpole Netzwerkanalyse Das vollständige Gleichungssystem Das Knotenpotentialverfahren Erweiterung des Knotenpotentialverfahrens Behandlung idealer Spannungsquellen Behandlung gesteuerter Quellen Bestimmung von Ersatzzweipolen Das Maschenstromverfahren * Erweiterung des Maschenstromverfahrens * Das elektrische Feld Das Feld der Stromdichte Driftgeschwindigkeit und Stromdichte Stromstärke im homogenen Feld / Stromstärke im inhomogenen Feld/ Äquipotentiallinien und Feldlinien Elektrische Feldstärke und Spannung im elektrischen Strömungsfeld Feldstärke und Potentialgefälle Spannung im homogenen Feld Spannung im inhomogenen Feld Das elektrostatische Feld Ladung und Feldstärke im elektrostatischen Feld Influenz Elektrische Verschiebungsdichte Ladung und Verschiebungsdichte Spannung im elektrostatischen Feld Überlagerung der Potentialfelder von Punktladungen Nichtleiter im elektrostatischen Feld Permittivitätszahl Polarisation Piezoelektrizität Elektrete Kondensatoren Kapazität Plattenkondensator Kugelkondensator Zylinderkondensator Kapazität der Doppelleitung Differentielle Kapazität Kondensatorschaltungen Parallelschaltung von Kondensatoren Reihenschaltung von Kondensatoren 168

4 8 Inhaltsverzeichnis 6 Das magnetische Feld Magnetische Erscheinungen Magnete Erdmagnetfeld Feldbilder von Dauermagneten Magnetfeld stromdurchflossener Leiter Induktionswirkung im Magnetfeld Kraftwirkungen im Magnetfeld Die magnetische Flußdichte Der magnetische Fluß Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld Kräfte auf stromdurchflossene Leiter Kraft auf eine bewegte Ladung im Magnetfeld HALLeffekt Das Durchflutungsgesetz Flußdichte in der Umgebung eines langen, geraden Leiters Flußdichte bei unsymmetrischer Stromverteilung Magnetische Feldstärke Anwendung des Durchflutungsgesetzes Magnetische Feldstärke in der Umgebung eines langen, geraden, zylindrischen Leiters Magnetische Feldstärke im Innern eines langen, geraden, zylindrischen Leiters Magnetfeld einer langen Koaxialleitung Magnetische Feldstärke innerhalb einer Kreisringspule Magnetfeld einer Zylinderspule Das Gesetz von BIOT-SAVART* Magnetfeld eines dünnen, geraden Leiters beliebiger Länge Magnetfeld im Mittelpunkt einer kreisförmigen, dünnen Leiterschleife Materie im Magnetfeld Dia-undParamagnetismus Ferromagnetismus Magnetische Werkstoffe Magnetische Kreise Unverzweigte magnetische Kreise Verzweigte magnetische Kreise Magnetischer Kreis mit Dauermagnet Leitungsmechanismen* Stromleitung in Festkörpern Bändermodell Metallische Leitung Eigenleitung in Isolatoren und Halbleitern Störstellenleitung in Halbleitern Halbleiterdiode PN-Übergang ohne äußere Spannung PN-Übergang an äußerer Spannung in Sperrichtung PN-Übergang an äußerer Spannung in Durchlaßrichtung Bipolarer Transistor Betrieb mit offenem Basisanschluß Betrieb mit Basisstrom Feldeffekttransistor Sperrschicht-FET Isolierschicht-FET 233

5 Inhaltsverzeichnis Stromleitung in Flüssigkeiten Ionen als Ladungsträger Elektrolyse Die FARADAYSchen Gesetze Elektrochemische Spannungsquellen Elektrochemische Spannungsreihe GALVANische Primärelemente GALVANische Sekundärelemente Stromleitung im Vakuum Stromleitung in Gasen Elektrische Erscheinungen in Luft Dunkelentladung Stoßionisation Durchschlag im homogenen Feld Sichtbare Gasentladungen 251 Verwendete Formelzeichen 253 SI-Einheiten 254 Lösungen der Aufgaben 256 Weiterführende Literatur 267 Sachverzeichnis 268