Steffen Paul Reinhold Paul. Grundlagen der Elektrotechnik. und Elektronik 2. Elektromagnetische Felder. und ihre Anwendungen.

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1 Steffen Paul Reinhold Paul Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 2 Elektromagnetische Felder und ihre Anwendungen ^ Springer Vieweg

2 1 Das elektrische Feld Felder Feldbegriffe Merkmale elektrischer und magnetischer Felder Elektrische Feldstärke, Potenzial und Spannung Potenzial und Feldstärke Potenzialüberlagerung Potenzial und Spannung Das stationäre elektrische Strömungsfeld Stromdichte, Strom, Kontinuitätsgleichung Stromdichte und Feldstärke Das Strömungsfeld im Raum und an Grenzflächen Strömungsfelder wichtiger Leiteranordnungen Bestimmung des Feldbildes Verhalten an Grenzflächen Die Integralgrößen des Strömungsfeldes Widerstand Widerstandsberechnung über die Verlustleistung Strömungsfeld und Gleichstromkreis Leitungsmechanismen im Strömungsfeld Leitungsvorgänge in Leitern und Halbleitern Stromleitung in Flüssigkeiten, elektrochemische Spannungsquellen Stromleitung im Vakuum und Gasen 89 2 Das elektrostatische Feld, elektrische Erscheinungen in Nichtleitern Feldstärke- und Potenzialfeld Verschiebungsflussdichte Verschiebungsflussdichte und Feldstärke Eigenschaften an Grenzflächen Berechnung und Eigenschaften elektrostatischer Felder Feldberechnung Quellencharakter des elektrostatischen Feldes MOS-Feldeffekttransistor Die Integralgrößen des elektrostatischen Feldes Verschiebungsfluss Kapazität C Analogie zwischen Strömungs- und elektrostatischem Feld Kapazität von Mehrleitersystemen, Teilkapazität* 150

3 2.7 Elektrisches Feld bei zeitveränderlicher Spannung Strom-Spannungs-Relation des Kondensators Verschiebungsstrom, Verschiebungsstromdichte, Kontinuitätsgleichung Kondensator im Stromkreis Allgemeine kapazitive Zweipole Der Kondensator als Bauelement Das magnetische Feld Die vektoriellen Größen des magnetischen Feldes Die magnetische Flussdichte Die magnetische Feldstärke Berechnung der magnetischen Feldstärke Haupteigenschaften des magnetischen Feldes Magnetische Flussdichte und Feldstärke in Materialien Eigenschaften an Grenzflächen Die Integralgrößen des magnetischen Feldes Magnetischer Fluss Magnetische Spannung, magnetisches Potenzial Magnetischer Kreis, Analogie zum elektrischen Kreis Dauermagnetkreis Verkopplung zwischen magnetischem Fluss und Strom Selbstinduktivität Gegeninduktivität Magnetische Energie in Spulen Induktionsgesetz: Verkopplung magnetischer und elektrischer Felder Induktion als Gesamterscheinung Ruheinduktion Induktionsgesetz für Ruheinduktion Anwendungen der Ruheinduktion Bewegungsinduktion Induktionsgesetz für Bewegungsinduktion Anwendungen der Bewegungsinduktion Vollständiges Induktionsgesetz, Zusammenfassung Verkopplung elektrischer und magnetischer Größen Selbstinduktion Lineare Induktivität und ihre Eigenschaften Induktivität im Stromkreis Allgemeine induktive Zweipole, Spule als Netzwerkelement 364

4 xi Gegeninduktion Transformator Rück- und Ausblick zum elektromagnetischen Feld Energie und Leistung elektromagnetischer Erscheinungen Energie und Leistung Elektrische Energie, elektrische Leistung Strömungsfeld Elektrostatisches Feld Energieverhältnisse am zeitunabhängigen Kondensator Energieverhältnisse am zeitabhängigen Kondensator Merkmale der dielektrischen Energie Magnetisches Feld Energie und Ko-Energie des magnetischen Feldes Energieverhältnisse der zeitabhängigen Induktivität Merkmale der magnetischen Energie Energieübertragung, Energiewandlung Energieströmung Energietransport Quelle-Verbraucher Energiewandlung Umformung elektrischer in mechanische Energie Kräfte im elektrischen Feld Kraftwirkung auf Ladungsträger Kraft auf Grenzflächen Wandlung elektrische-mechanische Energie Beispiele und Anwendungen Kräfte im magnetischen Feld Kraft auf bewegte Ladungen Kraft auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld Kraft auf Grenzflächen Kraft auf magnetische Dipole Elektromechanische Aktoren Elektromagnet Elektromotor Gleichstrommotor Elektronikmotor Drehfeldmotor Wechselstrom-, Universalmotor Schrittmotor Linearmotor 559

5 i Inhaltsverzeichnis 6 Analogien zwischen elektrischen und nichtelektrischen Systemen Physikalische Netzwerke Verallgemeinerte Netzwerke Wandlerelemente Analyseverfahren Mechanisch-elektrische Systeme Modelle mechanischer Systeme Elektrostatisch-mechanische Wandler Magnetisch-mechanische Wandler Elektromagnetische Wandler Elektrodynamischer Wandler Thermisch-elektrische Systeme Elektrische Energie, Wärme Elektrisch-thermische Analogie Anwendungen des Wärmeumsatzes 631 A Anhang 641 A.l Verzeichnis der wichtigsten Symbole 643 Literaturverzeichnis 647 Index 649