Grundlagen der Elektrotechnik 1

Transkript

1 Manfred Albach Grundlagen der Elektrotechnik 1 Erfahrungssätze, Bauelemente, Gleichstromschaltungen PEARSON Studium ein Imprint von Pearson Education München Boston San Francisco Harlow, England Don Mills, Ontario Sydney Mexico City Madrid Amsterdam

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort tel Das elektrostatische Feld 11 Die elektrische Ladung ' Das Coulomb'sche Gesetz Die elektrische Feldstärke Überlagerung von Feldern Kräfte zwischen Ladungsverteilungen Ladungsdichten Darstellung von Feldern Feldbild für zwei Punktladungen Qualitative Darstellung von Feldbildern Das elektrostatische Potential Das Potential einer Punktladung Äquipotentialflächen Die elektrische Spannung Die elektrische Flussdichte Das Verhalten der Feldgrößen bei einer Flächenladung Feldstärke an leitenden Oberflächen Die Influenz Dünne leitende Platten im homogenen Feld Im leitenden Körper eingeschlossener Hohlraum Die dielektrische Polarisation Kräfte im inhomogenen Feld Sprungstellen der Dielektrizitätskonstanten Die Kapazität Der Plattenkondensator Der Kugelkondensator Einfache Kondensatornetzwerke Praktische Ausführungsformen von Kondensatoren Der Vielschichtkondensator Der Drehkondensator Der Wickelkondensator Die Teilkapazitäten Der Energieinhalt des Feldes

3 Kapitel 2 Das stationäre elektrische Strömungsfeld Der elektrische Strom Die Stromdichte Definition des stationären Strömungsfeldes Ladungsträgerbewegung im Leiter Die spezifische Leitfähigkeit und der spezifische Widerstand Das Ohm'sche Gesetz Praktische Ausführungsformen von Widerständen Festwiderstände Einstellbare Widerstände Weitere Widerstände Das Verhalten der Feldgrößen an Grenzflächen Verschwindende Leitfähigkeit in einem Teilbereich Perfekte Leitfähigkeit in einem Teilbereich Energie und Leistung 84 Kapitel 3 Einfache elektrische Netzwerke Zählpfeile Spannungs- und Stromquellen Zählpfeilsysteme Die Kirchhoff'schen Gleichungen Einfache Widerstandsnetzwerke Der Spannungsteiler Der belastete Spannungsteiler Messbereichserweiterung eines Spannungsmessgerätes Der Stromteiler Messbereichserweiterung eines Strommessgerätes Reale Spannungs- und Strornquellen Wechselwirkungen zwischen^ Quelle und Verbraucher Zusammenschaltung von Spannungsquellen Leistungsanpassung Wirkungsgrad Das Überlagerungsprinzip Analyse umfangreicher Netzwerke 113 Kapitel 4 Stromleitungsmechanismen Stromleitung im Vakuum Stromleitung in Gasen Stromleitung in Flüssigkeiten Ladungstransport in Halbleitern Der pn-übergang Die Diode 136

4 Kapitel 5 Das stationäre Magnetfeld Magnete Kraft auf stromdurchflossene dünne Leiter Kraft auf geladene Teilchen Definition der Stromstärke Die magnetische Feldstärke Das Oersted'sche Gesetz Die magnetische Feldstärke einfacher Leiteranordnungen Unendlich langer kreisförmiger Linienleiter Toroidspule Langgestreckte Zylinderspule Die magnetische Spannung Der magnetische Fluss Die magnetische Polarisation Diamagnetismus Paramagnetismus Ferromagnetismus Dauermagnete Das Verhalten der Feldgrößen an Grenzflächen Die Analogie zwischen elektrischem und magnetischem Kreis Die Induktivität Induktivität der Ringkernspule Induktivität einer Doppelleitung Der magnetische Kreis mit Luftspalt und der/4 r Wert Zusammenhang von Luftspaltlänge und Windungszahl Zusammenhang von Luftspaltlänge und Flussdichte Praktische Ausführungsformen von Induktivitäten Drahtgewickelte Luftspulen Planare Luftspulen Spulen mit hochpermeablen Kernen 188 Kapitel 6 Das zeitlich veränderliche elektromagnetische Feld Das Induktionsgesetz Die Selbstinduktion Einfache Induktivitätsnetzwerke Die Gegeninduktion Die Gegeninduktivität zweier Doppelleitungen Die Koppelfaktoren Der Energieinhalt des Feldes Die Energieberechnung aus den Feldgrößen Die Hystereseverluste Anwendung der Bewegungsinduktion Das Generatorprinzip Das Drehstromsystem 222

5 6.7 Anwendung der Ruheinduktion Der verlustlose Übertrager Die Punktkonvention Der verlustlose streufreie Übertrager Der ideale Übertrager Die Widerstandstransformation Ersatzschaltbilder für den verlustlosen Übertrager Der verlustbehaftete Übertrager Der Spartransformator 243 Anhang A Vektoren 245 A.1 Einheitsvektoren 246 A.2 Einfache Rechenoperationen mit Vektoren 247 A.2.1 Addition und Subtraktion von Vektoren 247 A.2.2 Multiplikation von Vektor und Skalar 247 A.3 Das Skalarprodukt 248 A.4 Das Vektorprodukt 249 A.5 Zerlegung eines Vektors in seine Komponenten 250 A.6 Vektorbeziehungen in Komponentendarstellung 251 A.7 Formeln zur Vektorrechnung 252 Anhang В Orthogonale Koordinatensysteme 253 B.1 Das kartesische Koordinatensystem 254 B.2 Krummlinige orthogonale Koordinatensysteme 255 B.3 Die Zylinderkoordinaten 257 B.4 Die Kugelkoordinaten 259 Anhang С Ergänzungen zur Integralrechnung 261 C.1 Das Linienintegral einer vektoriellen Größe 261 C.2 Der Fluss eines Vektorfeldes / 264 Anhang D Physikalische Grundbegriffe D.1 Physikalische Größen D.2 Physikalische Gleichungen D.2.1 Größengleichungen D.2.2 Zugeschnittene Größengleichungen Literaturverzeichnis Verzeichnis der verwendeten Symbole Griechisches Alphabet Koordinatensysteme Sachregister 287