Über den Autor Einführung Teil I: Größen der Elektrotechnik und ihre Zusammenhänge Teil II: Stromkreise und ihre Widerstände...

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1 Über den Autor Einführung Teil I: Größen der Elektrotechnik und ihre Zusammenhänge Kapitel 1: Die wesentlichen mathematischen Grundlagen Kapitel 2: Potz Blitz! Elektrisches Feld und Anwendungen der Elektrotechnik Kapitel 3: Aus einer Ladung wird elektrischer Strom Kapitel 4: Wenn die Spannung keinen Widerstand hätte Kapitel 5: Die Spannung ist Strom mal Widerstand Teil II: Stromkreise und ihre Widerstände Kapitel 6: Stecker rein - woher der Strom kommt Kapitel 7: Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen Kapitel 8: Ströme teilen und Spannungen fangen - die Kirchhoffschen Gesetze Teil III: Elektrisches Feld und Kondensator Kapitel 9: Von der Feldstärke zum Potenzial Kapitel 10: Der elektrische Fluss und seine Begleiter K a p ite ln : Berechnung elektrostatischer Felder Kapitel 12: Die Kapazität des Kondensators Kapitel 13: Die Energie des elektrostatischen Feldes Kapitel 14: Energiedichte und wirkende Kräfte im Kondensator Teil IV: Magnetisches Feld und Spule Kapitel 15: Das Magnetfeld stromdurchflossener Leiter Kapitel 16: Magnetische Feldgrößen Kapitel 17: Das Durchflutungsgesetz Kapitel 18: Ohmsches Gesetz auch im Magnetismus Kapitel 19: Volle Power - Kräfte im magnetischen Feld Kapitel 20: Induktionswirkung frei nach Faraday Kapitel 21: Auch das noch: Selbstinduktion Teil V: Elektromagnetische Felder und der Gleichstrommotor Kapitel 22: Bestens angetrieben - der Gleichstrommotor Kapitel 23: Bewegung erzeugt Antrieb Teil VI: Grundlagen der Wechselstromtechnik Kapitel 24: Auf und ab - sinusförmige Wechselgrößen Kapitel 25: Kennwerte sinusförmiger Wechselgrößen Kapitel 26: Zeigerdarstellung von Wechselgrößen Kapitel 27: Grundschaltungen sinusförmiger Wechselgrößen

2 Teil VII: Der Top-Ten-Teil Kapitel 28: Zehn wichtige Erfinder der Elektrotechnik Kapitel 29: Zehn technologische Fortschritte zum Einsatz der Energie Kapitel 30: Zehn Schritte zum Bau eines Radios Kapitel 31: Meine zehn Lieblingsbücher zur Elektrotechnik Anhang A: Lösungen der Aufgaben Stichwortverzeichnis...331

3 Über den Autor Danksagung Einführung Über dieses Buch Konventionen in diesem Buch Was Sie nicht lesen müssen Annahmen über Sie, den Leser Wie dieses Buch aufgebaut is t Teil I: Größen der Elektrotechnik und ihre Zusammenhänge Teil II: Stromkreise und ihre Widerstände Teil III: Elektrisches Feld und Kondensator Teil IV: Magnetisches Feld und Spule Teil V: Elektromagnetische Felder und der Gleichstrommotor Teil VI: Grundlagen der Wechselstromtechnik Teil VII: Der Top-Ten-Teil Symbole, die in diesem Buch verwendet werden Wie es weitergeht TEIL I GRÖßEN DER ELEKTROTECHNIK UND IHRE ZUSAMMENHÄNGE Kapitel 1 Die wesentlichen mathematischen Grundlagen Physikalische Größen und deren Einheiten Skalare und Vektoren zur Darstellung von Feldern Aus zwei mach eins: Vektoren addieren Das Skalarprodukt verbindet Vektoren Das Vektorprodukt mit dem Kreuz Dreiecke und ihre Winkel Ohne Schwingungen geht es nicht An Ableitung und Integration führt kein Weg vorbei Kapitel 2 Potz Blitz! Elektrisches Feld und Anwendungen der Elektrotechnik Das elektrische Feld und sein Drumherum Praktische Elektrotechnik im Alltag... 51

4 Kapitel 3 Aus einer Ladung wird elektrischer Strom Der elektrische Strom und sein Fluss Ohne Spannungsquelle fließt kein Strom Die Kraft, die alles zusammenhält Kapitel 4 Wenn die Spannung keinen Widerstand hätte Die Entstehung der elektrischen Spannung Elektrischer Widerstand und dessen Leitwert Temperaturabhängigkeit elektrischer Widerstände Kapitel 5 Die Spannung ist Strom mal Widerstand Das Ohmsche Gesetz Muskelkater ade - elektrische Arbeit ersetzt.muskelkraft TEIL II STROMKREISE UND IHRE WIDERSTÄNDE Kapitel 6 Stecker rein - woher der Strom kommt Bezüge und Richtungen - das Zählpfeilsystem Das Innenleben der Steckdose Kurzschlussfall Rw = Leerlauffall -* oo Anpassung Rv = R j Spannungs- und Stromquelle ideal gesehen Kapitel 7 Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen ln Reih und Glied - die Reihenschaltung Die Parallelschaltung Kapitel 8 Ströme teilen und Spannungen fangen - die Kirchhoffschen Gesetze Die Knotenregel..., Die Maschenregel Ein Cocktail aus Knoten und Maschen Die erweiterte Reihenschaltung Die erweiterte Parallelschaltung Ein Rechenbeispiel zum Üben

5 Geteilte Spannungen im belasteten Spannungsteiler Die Wheatstonesche Brückenschaltung TEIL III ELEKTRISCHES FELD UND KONDENSATOR Kapitel 9 Von der Feldstärke zum Potenzial Volle Ladung - die Wirkung des elektrischen Feldes Feldstärke im homogenen Feld Experimentelle Darstellung der elektrischen Feldstärke mithilfe des Plattenkondensators Mathematische Herleitung der elektrischen Feldstärke Feldstärke im inhomogenen Feld Das Potenzial und der kleine, aber feine Unterschied Kapitel 10 Der elektrische Fluss und seine Begleiter Aus Influenz wird elektrischer Fluss Die elektrische Flussdichte treibt an Dielektrizitätskonstante und der Materialeinfluss Kapitel 11 Berechnung elektrostatischer Felder Feld der geladenen Kugel Schritt: Ein Bild sagt mehr als tausend W orte Schritt: Lösungsansatz (mathematisches Modell) Schritt: Randbedingungen definieren Schritt: Lösung Feld in der Umgebung mehrerer Ladungen Schritt: Skizze erstellen Schritt: Berechnung der einzelnen Felder E, und E Schritt: Lösung für das gesamte f-feld im Punkt P Feld eines langen, geraden Leiters Schritt: Skizze erstellen Schritt: Lösungsansatz Schritt: Randbedingungen Kapitel 12 Die Kapazität des Kondensators Definition der Kapazität Die Kapazität des Plattenkondensators Schritt: Skizze erstellen Schritt: Lösungsansatz Schritt: Lösung über die Gleichung für die Kapazität

6 Die Kapazität des Kugelkondensators Schritt: Skizze erstellen Schritt: Berechnung der Kapazität Die Kapazität des Zylinderkondensators Schritt: Skizze erstellen Schritt: Lösungsansatz... ISO Kondensatoren verschaltet Parallel an der Spannungsquelle In Reihe an der Spannungsquelle Kapitel 13 Die Energie des elektrostatischen Feldes Volle Scheunen - ein Kondensator wird aufgeladen Schritt: Anwendung der Maschenregel Schritt: Lösen der Differenzialgleichung Schritt: k über Anfangsbedingungen bestimmen Schritt: Ermitteln des Kennlinienverlaufs Schritt: Dynamische Charakteristik Der Kondensator entlädt sich wieder Dann war da noch die Spannung am Widerstand Kapitel 14 Energiedichte und wirkende Kräfte im Kondensator Energiedichte im elektrostatischen Feld Kräfte zwischen Elektroden TEIL IV MAGNETISCHES FELD UND SPULE Kapitel 15 Das Magnetfeld stromdurchflossener Leiter Magnetische Grundformen Der Stab unter den Magneten Magnetfeld eines langen, stromdurchflossenen Leiters Die Zylinderspule Der Spezialist: Ringkern- oder Toroidspule Kapitel 16 Magnetische Feldgrößen Magnetische Feldstärke und Durchflutung Vom magnetischen Fluss zur Flussdichte

7 Kapitel 17 Das Durchflutungsgesetz Von der Umlaufspannung zur Durchflutung Experimentelle Überprüfung des Durchflutungsgesetzes Anwendungsbeispiel zum Durchflutungsgesetz Schritt: Skizze erstellen Schritt: Lösungsansatz Schritt: Randbedingungen definieren Schritt: Lösung Kapitel 18 Ohmsches Gesetz auch im Magnetismus Kapitel 19 Volle Power - Kräfte im magnetischen Feld Der stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld Bewegte Ladung im Magnetfeld - die Lorentzkraft Leiter ziehen sich a n! Kapitel 20 Induktionswirkung frei nach Faraday Bewegte Leiter im Magnetfeld - Induktion durch Bewegung Kapitel 21 Auch das noch: Selbstinduktion Entstehung und Wirkung der Selbstinduktion Induktivität von Eisenspulen und Permeabilität Energie des magnetischen Feldes Ähnliche Geschwister - Analogien des elektrischen und des magnetischen Feldes TEIL V ELEKTROMAGNETISCHE FELDER UND DER GLEICHSTROMMOTOR Kapitel 22 Bestens angetrieben - der Gleichstrommotor Vom Geräteschema zum Ersatzschaltbild Lorentz, mir graut vor dir - das Kraftgesetz Ohne den Kommutator keine volle Umdrehung

8 Mit Höchstleistungen zum Wirkungsgrad Wirkung des Induktionsgesetzes - Faraday sei Dank Ersatzschaltbild des Gleichstrommotors Elektrischer Teil des M otors Mechanischer Teil des M otors Kapitel 23 Bewegung erzeugt Antrieb Kennwerte des M otors Wirkungsgrad r\ des M otors Drehmoment MA des M otors Erregungsarten des Motors Fall mir nicht zur Last! Das Lastmoment Mh des Lüfters Mm - /7-Kennlinie des Gleichstrommotors Der Arbeitspunkt TEIL VI GRUNDLAGEN DER WECHSELSTROMTECHNIK Kapitel 24 Auf und ab - sinusförmige Wechselgrößen Von der Gleich- zur Wechselgröße Erzeugung einer Wechselgröße Kapitel 25 Kennwerte sinusförmiger Wechselgrößen Amplitude, Augenblickswert und Frequenz Wer kommt vor wem? Die Phasenverschiebung Phasenverschiebung der Spule Phasenverschiebung des Kondensators Mittelwerte von Wechselgrößen Gleichanteil Gleichrichtwert Effektivwert, quadratischer oder geometrischer M ittelwert Kapitel 26 Zeigerdarstellung von Wechselgrößen Vom Zeiger- zum Liniendiagramm Kapitel 27 Grundschaltungen sinusförmiger Wechselgrößen Der komplexe Widerstand Ohmscher Widerstand im Wechselstromkreis

9 Der induktive Blindwiderstand einer Spule Der kapazitive Blindwiderstand des Kondensators Vergleich der Grundschaltungen an Wechselstrom TEIL VII DER TOP-TEN-TEIL Kapitel 28 Zehn wichtige Erfinder der Elektrotechnik Die quantitative Elektrostatik Teilchen beginnen zu wirken - C.A. de Coulomb Strömung elektrischer Ladungen - der Gleichstrom Froschschenkel und andere Kuriositäten - Luigi Galvani Nerven und Muskeln enthalten Elektrizität - Alessandro Volta Widerstand zwischen Spannung und Strom - G.S. O hm Die Tücken von Knoten und Maschen - G.R. Kirchhoff Das Wunder des magnetischen Feldes Die unheimliche Kraft des Stroms - H.C. Oersted Elektrische Ströme und Magnetismus sind eins - M. Faraday Die Welt der wechselwirkenden Ströme Die Messung des elektrischen Stroms - A.-M. Ampere Vom dynamoelektrischen Prinzip zum Firmengründer - W. von Siemens Der Vater der Frequenzen - Heinrich Rudolf Hertz Kapitel 29 Zehn technologische Fortschritte zum Einsatz der Energie Segelfahrzeug am Strand von Holland Naturwissenschaftliche Beschreibung durch die Mathematik Kraft Energie Elektrizität Volta-Säule...: Es werde Licht! Strahlende Chemie Kernenergie und die Atombombe Heute Kapitel 30 Zehn Schritte zum Bau eines Radios Ein funktionsfähiges Radio bauen Kapitel 31 Meine zehn Lieblingsbücher zur Elektrotechnik

10 Anhang A: Lösungen der Aufgaben Kapitel Kapitel Kapitel Kapitel Kapitel K a p ite ln Kapitel Kapitel Kapitel Kapitel Kapitel Kapitel Kapitel Stichwortverzeichnis...331