2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Hermann Wellers Aufgabensammlung Elektrotechnik 3., erweiterte und berichtigte Auflage Girardet
Inhalt A. Physikalische Gleichungen und Einheiten 11 A.l. Physikalische Gleichungen 11 A.l.l. Größengleichung 12 A.1.2. Zugeschnittene Größengleichung 13 A.l.3. Zahlenwertgleichungen 14 A.2. Physikalische Einheiten 14 A.2.1. Die Basiseinheiten der mechanischen, elektrischen und thermischen Größen.. 15 A.l.l. Abgeleitete Einheiten 15 A.2.3. Das internationale Einheitensystem 16 B. Materie und Elektrizität 18 B.l. Aufbau der Materie 18 B. 1.1. Das Atom 18 B.l.2. Das Elektron 18 B.l.3. Das Rutherfordsche Atommodell 19 B.l.4. Das Bohrsche Atommodell 19 B. 1.5. Freie Elektronen und Ionen 19 1. Gleichstromtechnik 21 1.1. Einfacher Gleichstromkreis 21 1.1.1. Die elektrische Strömung 21 1.1.2. Die Stromdichte 21 1.1.3. Elektrizitätsleitung in Metallen 22 1.1.4. Das Ohmsche Gesetz 23 1.1.5. Spezifischer Widerstand und Leitfähigkeit 24 1.1.6. Widerstand und Temperatur 30 1.2. Zusammengesetzter Gleichstromkreis 34 1.2.1. Die Kirchhoffschen Sätze 34 1.2.1.1. Der erste Kirchhoffsche Satz 34 1.2.1.2. Der zweite Kirchhoffsche Satz 35 1.2.2. Schaltung von Widerständen 36 1.2.2.1. Reihenschaltung 36 1.2.2.2. Parallelschaltung 37 1.2.3. Spannungsquellen 43 1.2.3.1. Der Innenwiderstand von Spannungsquellen 44 1.2.3.2. Reihenschaltung von Spannungsquellen 45 1.2.3.3. Parallelschaltung von Spannungsquellen 46 1.2.4. Vorwiderstand und Spannungsteiler 51 1.2.4.1. Vorwiderstand 51 1.2.4.2. Spannungsteiler 51 1.2.5. Meßbereichserweiterung von Strom- und Spannungsmessern 55 1.2.5.1. Meßbereichserweiterung von Spannungsmessern 55 1.2.5.2. Meßbereichserweiterung von Strommessern 56
1.2.6. Widerstandsbestimmung durch Strom- und Spannungsmessung 57 1.2.7. Wheatstonebrücke/Schleifdrahtmeßbrücke 58 1.2.7.1. Die Wheatstonebrücke 58 1.2.7.2. Die Schleifdrahtmeßbrücke 59 1.2.8. Der Kompensator ;. 60 1.3. Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad 64 1.3.1. Elektrische Leistung und Arbeit 64 1.3.2. Der Wirkungsgrad 65 1.3.3. Die Wärmewirkung des elektrischen Stromes 69 1.4. Netzwerkberechnungen 72 1.4.1. Netzumwandlung 72 1.4.2. Berechnung von Gleichstromkreisen mit einer Spannungsquelle 75 1.4.3. Berechnung von Schaltungen mit mehreren Spannungsquellen 82 1.4.3.1. Berechnung mit Hilfe der Kirchhoffschen Sätze 82 1.4.3.2. Das Überlagerungsverfahren 86 1.4.3.3. Das Maschenstromverfahren 92 1.4.4. Zweipole 95 1.4.4.1. Der allgemeine lineare Zweipol 95 1.4.4.2. Der Ersatzwiderstand 97 1.4.4.3. Die Ersatzspannungsquelle 97 1.4.4.4. Leistungsanpassung 98 1.4.4.5. Ersatzstromquelle 99.5. Leitungsberechnungen 103.5.1. Spannungsverlust auf Gleichstromleitungen 103.5.2. Leistungsverlust auf Gleichstromleitungen 104.6. Die Elektrolyse 109.6.1. Das Faradaysche Abscheidungsgesetz 109 1.6.2. Die elektrochemische Spannungsquelle 112 1.6.2.1. Primärelemente 112 1.6.2.2. Sekundärelemente 112 2. Das elektrische Feld 114 2.1. Elektrische Ladung 114 2.2. Feldstärke und Potential 114 2.3. Das stationäre elektrische Strömungsfeld 116 2.4. Das elektrostatische Feld 121 2.4.1. Die Influenz 121 2.4.2. Elektrische Erregung (Verschiebungsflußdichte) 121 2.4.3. Zusammenhang zwischen elektrischer Erregung und Feldstärke 122 2.4.4. Das Dielektrikum (Nichtleiter im elektrischen Feld) 122 2.4.4.1. Stoffe verschiedener Dielektrizitätszahlen im elektrischen Feld 123 2.4.5. Der Kondensator * 126 2.4.5.1. Parallelschaltung von Kondensatoren 127 2.4.5.2. Reihenschaltung von Kondensatoren 128
2.4.6. Das elektrische Feld der geladenen Kugel 136 2.4.6.1. Der Kugelkondensator 136 2.4.7. Das elektrische Feld des unendlich langen geraden Leiters 137 2.4.7.1. Der Zylinderkondensator 137 2.4.8. Die Kapazität von Leitungen 141 2.4.8.1. Die Kapazität einer Doppelleitung 141 2.4.8.2. Die Kapazität einer Einfachleitung 142 2.4.8.3. Die Kapazität eines konzentrischen Kabels 143 2.4.9. Energie und Kraft im elektrostatischen Feld 145 2.4.9.1. Die Energie des elektrostatischen Feldes 145 2.4.9.2. Kräfte zwischen elektrischen Ladungen (Das Coulombsche Gesetz) 145 2.4.9.3. Kräfte zwischen Elektroden 146 3. Das magnetische Feld 152 3.1. Grundlagen des magnetischen Feldes 152 3.2. Die Grundgrößen des magnetischen Feldes und der Durchflutungssatz 153 3.3. Das Magnetfeld des unendlich langen, geradlinigen, stromdurchflossenen Leiters 156 3.4. Das Magnetfeld der stromdurchflossenen Ringspule 158 3.5. Das Magnetfeld der stromdurchflossenen Zylinderspule.* 159 3.6. Kraftwirkung des magnetischen Feldes 162 3.6.1. Der stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld 162 3.6.2. Die Lorenzkraft 162 3.6.3. Kräfte zwischen stromdurchflossenen Leitern im Magnetfeld 163 3.7. Das Induktionsgesetz 167 3.8. Die Selbstinduktion 174 3.8.1. Die Induktivität einer Ringspule 175 3.8.2. Die Induktivität einer Zylinderspule 175 3.8.3. Reihen- und Parallelschaltung von Spulen 176 3.9. Induktivität von Freileitungen 177 3.10. Energie des magnetischen Feldes 180 3.11. Gegeninduktion 181 3.11.1. Magnetische Kopplung und Streuung 183 3.12. Magnetische Kreise mit Eisen 187 3.12.1. Der geschlossene Eisenkern 191 3.12.2. Eisenkern mit Luftspalt 191 3.12.3. Die Luftspaltstreuung 194 3.13. Der Hopkinsonsche Satz 201 3.14. Feldlinienbrechung an Trennflächen 207 3.15. Permanentmagnete 209 3.16. Kräfte an der Trennfläche Eisen Luft 214
4. Wechselstromtechnik 217 4.1. Begriffsbestimmung und Darstellung von Wechselstromgrößen 217 4.1.1. Definition einer Wechselstromgröße 217 4.1.2. Die Zeigerdarstellung 222 4.1.3. Die symbolische Rechnung 224 4.2. Einfacher Wechselstromkreis 229 4.2.1. Kreis mit ohmsctem Widerstand 229 4.2.2. Kreis mit Induktivität 230 4.2.3. Kreis mit Kapazität 232 4.3. Zusammengesetzter Wechselstromkreis 234 4.3.1. Kreis mit Induktivität und Vorwiderstand 234 4.3.2. Kreis mit Kapazität und Vorwiderstand 235 4.3.3. Kreis mit Induktivität und Parallelwiderstand 236 4.3.4. Kreis mit Kapazität und Parallelwiderstand 237 4.3.5. Umwandlung: Reihenschaltung^ Parallelschaltung 238 4.3.6. Ersatzschaltungen für Spulen und Kondensatoren 241 4.3.7. Resonanzkreise 252 4.3.7.1. Der Reihenresonanzkreis 253 4.3.7.2. Der Parallelresonanzkreis 255 4.3.8. Zweipole 261 4.3.8.1. Der passive lineare Zweipol 262 4.3.8.2. Der aktive lineare Zweipol 262 4.3.8.3. Die Ersatzspannungsquelle 262 4.3.8.4. Die Ersatzstromquelle 264 4.3.8.5. Leistungsanpassung 264 4.3.9. Ortskurven 269 4.3.9.1. Die Ortskurvendarstellung von Wechselstromgrößen 269 4.3.9.2. Inversion von Gerader und Kreis 270 4.3.9.3. Widerstands- und Leitwertsortskurve 275 4.4. Die Wechselstromleistung 284 4.4.1. Die Wirkleistung 284 4.4.2. Die Blindleistung 286 4.4.3. Die Scheinleistung 286 4.4.4. Die komplexe Darstellung der Wechselstromleistung 287 4.4.5. Blindleistungskompensation 287 4.5. Der Transformator 293 4.6. Berechnung von Wechselstromleitungen 301 4.7. Mehrphasensysteme 305 4.7.1. Das Dreiphasensystem 306 4.7.1.1. Die Sternschaltung 306 4.7.1.2. Die Dreieckschaltung 310 4.7.1.3. Das unsymmetrische Dreiphasensystem Symmetrische Komponenten 316 4JA.4. Die Leistung im Dreiphasensystem 320 4.7.1.5. Die Berechnung von Dreiphasen-Wechselstromleitungen 327
4.8. Periodische, nichtsinusförmige Vorgänge 329 4.8.1. Die Fourier-Reihe 329 4.8.2. Die harmonische Analyse 329 5. Schaltvorgänge 338 5.1. Kapazitiver Stromkreis 339 5.2. Induktiver Stromkreis 344 6. Aufgaben 348 6.1. Gleichstromtechnik 348 6.2. Elektrisches Feld 358 6.3. Magnetisches Feld 362 6.4. Wechselstromtechnik 366 6.5. Schaltvorgänge 379 Schrifttum 381 Stichwortverzeichnis 383 10