Inhalt
1 Einführung. 1
1.1 Physikalische Größen und Einheitensysteme. 1
1.1.1 Größengleichungen. 1
1.1.2 SI-Einheitensystem.. 1
1.2 Aufbau der Materie. 3
1.2.1 Elementarteilchen. 3
1.2.2 Wechselwirkungen. 3
1.2.3 Elementarladungen. 3
1.2.4 Atome. 4
1.2.5 Leiter und Dielektrika. 5
1.3 Coulombkraft 6
1.3.1 Kraftwirkung auf die Ladung. 6
1.4 Elektrisches Feld. 8
1.5 Spannung und Potential im homogenen Feld. 10
1.5.1 Spannung. 10
1.5.2 Potential 10
1.5.3 Spannungsquellen. 12
2 Elektrischer Stromkreis. 13
2.1 Stromdichte und Strom.. 13
2.1.1 Elektrischer Leiter 13
2.1.2 Technische Stromrichtung. 14
2.1.3 Strom und Strömungsfeld. 15
2.2 Widerstand und Leitwert 18
2.2.1 Spezifischer Leitwert 18
2.2.2 Ohmsches Gesetz. 19
2.2.3 Widerstand eines Leiters. 19
2.3 Zusammenfassung der Größen eines Leitungsgebietes. 20
2.3.1 Aufgaben. 22
2.4 Temperaturabhängigkeit von Widerständen. 26
2.4.1 Lineare Näherung der Temperaturabhängigkeit 27
2.4.2 Quadratische Näherung der Temperaturabhängigkeit 28
2.4.3 Kennwerte und Bauformen. 29
2.4.4 Aufgaben. 33
2.5 Bauelemente und Schematische Darstellung. 34
2.5.1 Bauelemente im linearen Gleichstromkreis. 34
2.5.2 Schaltbilder 35
2.6 Elektrische Leistung und Zählpfeilsysteme. 36
2.6.1 Leistung. 36
2.6.2 Zählpfeilsysteme. 36
2.6.3 Ohmscher Widerstand. 38
2.6.4 Aufgaben. 38
3 Netzwerktheorie. 39
3.1 Grundbegriffe der Netzwerktheorie. 39
3.2 Allgemeine Berechnung von Netzwerken. 41
3.2.1 Erster Kirchhoffscher Satz (Knotenregel) 41
3.2.2 Zweiter Kirchhoffscher Satz (Maschenregel) 41
3.2.3 Anzahl der Maschen- und Knotengleichungen. 42
3.2.4 Beispielaufgabe. 43
3.2.5 Aufgaben. 47
3.3 Reale Spannungs- und Stromquellen. 48
3.3.1 Spannungsquelle. 48
3.3.2 Stromquelle. 49
3.4 Zweipoltheorie. 51
3.4.1 Passive Zweipole. 52
3.4.2 Aufgaben. 55
3.4.3 Aktive Zweipole. 58
3.5 Überlagerungssatz. 63
3.5.1 Beispielaufgabe. 64
3.5.2 Aufgaben. 67
3.6 Knotenpotentialverfahren. 69
3.6.1 Prinzip des Knotenpotentialverfahrens. 69
3.6.2 Beispielaufgabe. 69
3.6.3 Allgemeine Matrixstruktur 72
3.6.4 Aufgaben. 73
3.6.5 Behandlung einer idealen Spannungsquelle. 73
3.6.6 Aufgaben. 77
3.7 Leistungsanpassung und Wirkungsgrad. 78
3.7.1 Aufgaben. 81
4 Netze mit nichtlinearen Elementen. 83
4.1 Nichtlineare Widerstände. 83
4.1.1 Aufgaben. 85
4.2 Nichtlineare Widerstände in Netzwerken. 86
4.2.1 Netze mit nur einem nichtlinearen Element 86
4.2.2 Aufgaben. 87
5 Stern- Dreieck Umwandlung. 91
5.1 Aufgaben. 93
5.1.1 Aufgabe 27. 93
6 Anhang. 95
6.1 Verwendete Formelzeichen. 95
6.2 Abbildungsverzeichnis. 97
6.3 Tabellenverzeichnis. 100
6.4 Weiterführende Literatur 101
1 Einführung
1.1 Physikalische Größen und Einheitensysteme
Da die Notation mathematischer und physikalischer Zusammenhänge die Grundlage für die Vermittlung naturwissenschaftlicher Inhalte ist, werden die wichtigsten Begriffe im Folgenden kurz dargestellt. Dieses ist lediglich im Sinne einer knappen Wiederholung eines als bekannt vorausgesetzten Stoffs zu verstehen. Für weitergehende Betrachtungen sei z.B. auf [ 1 ] verwiesen.
Eine physikalische Größe, dargestellt durch ihr Formelzeichen, setzt sich aus Zahlenwert und Einheit zusammen.
Beispiele:
Kraft: F = 50 N
Fläche: A = 50 m2
1.1.1 Größengleichungen
Setzt man physikalische Größen in Formeln zueinander in Beziehung, so erhält man sog. Größengleichungen, deren Bedeutung unabhängig von den verwendeten Einheiten ist. Bei der Auswertung werden die Größen durch das Produkt von Zahlenwert und Einheit ersetzt und das Ergebnis wird ggf. auf praktikablere Einheiten umgerechnet.
Beispiel für die phys. Größe „Druck“:
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( 1.1 )
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1.1.2 SI-Einheitensystem
Es wird hier immer das genormte SI-System (Système International d’Unités) benutzt, das aus den in Tabelle 1.1 dargestellten 7 Basiseinheiten besteht. Alle anderen Einheiten sind aus den Basiseinheiten abgeleitet bzw. durch diese darstellbar.
Teil des SI-Systems ist das MKSA – System (Meter, Kilogramm, Sekunde, Ampere).