Elektrotechnik für Dummies
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Inhalt
Über den Autor 11
Danksagung 11
Einführung 23
Über dieses Buch 25
Konventionen in diesem Buch 26
Was Sie nicht lesenmüssen 26
Annahmen über Sie, den Leser 27
Wie dieses Buch aufgebaut ist 27
Teil I: Größen der Elektrotechnik und ihre Zusammenhänge 27
Teil II: Stromkreise und ihre Widerstände 28
Teil III: Elektrisches Feld und Kondensator 28
Teil IV: Magnetisches Feld und Spule 29
Teil V: Elektromagnetische Felder und der Gleichstrommotor 29
Teil VI: Grundlagen der Wechselstromtechnik 30
Teil VII: Der Top-Ten-Teil 30
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 30
Wie es weitergeht 31
Teil I Größen Der Elektrotechnik Und Ihre Zusammenhänge 33
Kapitel 1 Die wesentlichen mathematischen Grundlagen 35
Physikalische Größen und deren Einheiten 35
Skalare und Vektoren zur Darstellung von Feldern 38
Aus zweimach eins: Vektoren addieren 40
Das Skalarprodukt verbindet Vektoren 41
Das Vektorprodukt mit dem Kreuz 42
Dreiecke und ihre Winkel 43
Ohne Schwingungen geht es nicht 44
An Ableitung und Integration führt kein Weg vorbei 45
Kapitel 2 Potz Blitz! Elektrisches Feld und Anwendungen der Elektrotechnik 49
Das elektrische Feld und sein Drumherum 49
Praktische Elektrotechnik im Alltag 51
Kapitel 3 Aus einer Ladung wird elektrischer Strom 55
Der elektrische Strom und sein Fluss 56
Ohne Spannungsquelle fließt kein Strom 57
Die Kraft, die alles zusammenhält 59
Kapitel 4 Wenn die Spannung keinen Widerstand hätte 63
Die Entstehung der elektrischen Spannung 64
Elektrischer Widerstand und dessen Leitwert 65
Temperaturabhängigkeit elektrischer Widerstände 68
Kapitel 5 Die Spannung ist Strom mal Widerstand 71
Das Ohmsche Gesetz 71
Muskelkater ade - elektrische Arbeit ersetzt Muskelkraft 73
Teil II Stromkreise Und Ihre Widerstände 77
Kapitel 6 Stecker rein - woher der Strom kommt 79
Bezüge und Richtungen - das Zählpfeilsystem 79
Das Innenleben der Steckdose 81
Kurzschlussfall RV = 0 83
Leerlauffall RV ¿ 8 84
Anpassung RV = Ri 84
Spannungs- und Stromquelle ideal gesehen 87
Kapitel 7 Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen 91
In Reih und Glied - die Reihenschaltung 91
Die Parallelschaltung 95
Kapitel 8 Ströme teilen und Spannungen fangen - die Kirchhoffschen Gesetze 99
Die Knotenregel 100
Die Maschenregel 100
Ein Cocktail aus Knoten und Maschen 102
Die erweiterte Reihenschaltung 102
Die erweiterte Parallelschaltung 105
Ein Rechenbeispiel zum Üben 108
Geteilte Spannungen im belasteten Spannungsteiler 111
Die Wheatstonesche Brückenschaltung 112
Teil III Elektrisches feld und kondensator 115
Kapitel 9 Von der Feldstärke zum Potenzial 117
Volle Ladung - die Wirkung des elektrischen Feldes 118
Feldstärke im homogenen Feld 119
Experimentelle Darstellung der elektrischen Feldstärke mithilfe des Plattenkondensators 121
Mathematische Herleitung der elektrischen Feldstärke 122
Feldstärke im inhomogenen Feld 123
Das Potenzial und der kleine, aber feine Unterschied 124
Kapitel 10 Der elektrische Fluss und seine Begleiter 127
Aus Influenz wird elektrischer Fluss 127
Die elektrische Flussdichte treibt an 128
Dielektrizitätskonstante und der Materialeinfluss 131
Kapitel 11 Berechnung elektrostatischer Felder 133
Feld der geladenen Kugel 133
1 Schritt: Ein Bild sagt mehr als tausend Worte 133
2 Schritt: Lösungsansatz (mathematisches Modell) 134
3 Schritt: Randbedingungen definieren 135
4 Schritt: Lösung 135
Feld in der Umgebung mehrerer Ladungen 137
1 Schritt: Skizze erstellen 138
2 Schritt: Berechnung der einzelnen Felder E1 und E2 138
3 Schritt: Lösung für das gesamte E-Feld im Punkt P 138
Feld eines langen, geraden Leiters 139
1 Schritt: Skizze erstellen139
2 Schritt: Lösungsansatz 139
3 Schritt: Randbedingungen 139
Kapitel 12 Die Kapazität des Kondensators 143
Definition der Kapazität 143
Die Kapazität des Plattenkondensators 144
1 Schritt: Skizze erstellen144
2 Schritt: Lösungsansatz 145
3 Schritt: Lösung über die Gleichung für die Kapazität 145
Die Kapazität des Kugelkondensators 147
1 Schritt: Skizze erstellen 147
2 Schritt: Berechnung der Kapazität 147
Die Kapazität des Zylinderkondensators 150
1 Schritt: Skizze erstellen150
2 Schritt: Lösungsansatz 150
Kondensatoren verschaltet 152
Parallel an der Spannungsquelle 152
In Reihe an der Spannungsquelle 153
Kapitel 13 Die Energie des elektrostatischen Feldes 157
Volle Scheunen - ein Kondensator wird aufgeladen 157
1 Schritt: Anwendung der Maschenregel 159
2 Schritt: Lösen der Differenzialgleichung 159
3 Schritt: k über Anfangsbedingungen bestimmen 161
4 Schritt: Ermitteln des Kennlinienverlaufs 161
5 Schritt: Dynamische Charakteristik 162
Der Kondensator entlädt sich wieder 163
Dann war da noch die Spannung am Widerstand... 164
Kapitel 14 Energiedichte und wirkende Kräfte im Kondensator 167
Energiedichte im elektrostatischen Feld 167
Kräfte zwischen Elektroden 169
Teil IV Magnetisches Feld Und Spule 171
Kapitel 15 Das Magnetfeld stromdurchflossener Leiter 173
Magnetische Grundformen 174
Der Stab unter den Magneten 174
Magnetfeld eines langen, stromdurchflossenen Leiters 174
Die Zylinderspule 175
Der Spezialist: Ringkern- oder Toroidspule 178
Kapitel 16 Magnetische Feldgrößen 179
Magnetische Feldstärke und Durchflutung 179
Vom magnetischen Fluss zur Flussdichte 182
Kapitel 17 Das Durchflutungsgesetz 187
Von der Umlaufspannung zur Durchflutung 187
Experimentelle Überprüfung des Durchflutungsgesetzes 190
Anwendungsbeispiel zum Durchflutungsgesetz 191
1 Schritt: Skizze erstellen191
2 Schritt: Lösungsansatz 192
3 Schritt: Randbedingungen definieren 192
4 Schritt: Lösung 193
Kapitel 18 Ohmsches Gesetz auch im Magnetismus 199
Kapitel 19 Volle Power - Kräfte im magnetischen Feld 203
Der stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld 203
Bewegte Ladung im Magnetfeld - die Lorentzkraft 207
Leiter ziehen sich an! 208
Kapitel 20 Induktionswirkung frei nach Faraday 211
Bewegte Leiter im Magnetfeld - Induktion durch Bewegung 211
Kapitel 21 Auch das noch: Selbstinduktion 215
Entstehung und Wirkung der Selbstinduktion 215
Induktivität von Eisenspulen und Permeabilität 217
Energie des magnetischen Feldes 218
Ähnliche Geschwister - Analogien des elektrischen und des magnetischen Feldes 218
Teil V Elektromagnetische Felder Und Der Gleichstrommotor 221
Kapitel 22 Bestens angetrieben - der Gleichstrommotor 223
Vom Geräteschema zum Ersatzschaltbild 223
Lorentz, mir graut vor dir - das Kraftgesetz 225
Ohne den Kommutator keine volle Umdrehung 227
Mit Höchstleistungen zum Wirkungsgrad 229
Wirkung des Induktionsgesetzes - Faraday sei Dank 230
Ersatzschaltbild des Gleichstrommotors 231
Elektrischer Teil des Motors 232
Mechanischer Teil des Motors 234
Kapitel 23 Bewegung erzeugt Antrieb 237
Kennwerte des Motors 237
Wirkungsgrad ¿¿¿¿ des Motors 238
Drehmoment MA des Motors 239
Erregungsarten des Motors 242
Fallmir nicht zur Last! 243
Das Lastmoment ML des Lüfters 244
MM - n-Kennlinie des Gleichstrommotors 245
Der Arbeitspunkt 245
Teil VI Grundlagen Der Wechselstromtechnik 249
Kapitel 24 Auf und ab - sinusförmige Wechselgrößen 251
Von der Gleich- zur Wechselgröße 252
Erzeugung einer Wechselgröße 253
Kapitel 25 Kennwerte sinusförmiger Wechselgrößen 257
Amplitude, Augenblickswert und Frequenz 257
Wer kommt vor wem? Die Phasenverschiebung 259
Phasenverschiebung der Spule 260
Phasenverschiebung des Kondensators 262
Mittelwerte von Wechselgrößen 262
Gleichanteil 262
Gleichrichtwert 263
Effektivwert, quadratischer oder geometrischer Mittelwert 264
Kapitel 26 Zeigerdarstellung von Wechselgrößen 269
Vom Zeiger- zum Liniendiagramm 269
Kapitel 27 Grundschaltungen sinusförmiger Wechselgrößen 273
Der komplexe Widerstand 273
Ohmscher Widerstand im Wechselstromkreis 277
Inhaltsverzeichnis 21
Der induktive Blindwiderstand einer Spule 278
Der kapazitive Blindwiderstand des Kondensators 279
Vergleich der Grundschaltungen an Wechselstrom 281
Teil VII Der Top-Ten-Teil 285
Kapitel 28 Zehn wichtige Erfinder der Elektrotechnik 287
Die quantitative Elektrostatik 287
Teilchen beginnen zu wirken - CA de Coulomb 287
Strömung elektrischer Ladungen - der Gleichstrom 288
Froschschenkel und andere Kuriositäten - Luigi Galvani 288
Nerven und Muskeln enthalten Elektrizität - Alessandro Volta 288
Widerstand zwischen Spannung und Strom - GS Ohm 289
Die Tücken von Knoten und Maschen - GR Kirchhoff 290
Das Wunder des magnetischen Feldes 291
Die unheimliche Kraft des Stroms - HC Oersted 291
Elektrische Ströme und Magnetismus sind eins - M Faraday 292
Die Welt der wechselwirkenden Ströme 293
Die Messung des elektrischen Stroms - A-M Ampère 293
Vom dynamoelektrischen Prinzip zum Firmengründer - W von Siemens 294
Der Vater der Frequenzen - Heinrich Rudolf Hertz 295
Kapitel 29 Zehn technologische Fortschritte zum Einsatz der Energie 297
1 Segelfahrzeug am Strand von Holland 297
2 Naturwissenschaftliche Beschreibung durch die Mathematik 297
3 Kraft 297
4 Energie 298
5 Elektrizität 298
6 Volta-Säule 298
7 Es werde Licht! 298
8 Strahlende Chemie 298
9 Kernenergie und die Atombombe 299
10 Heute 299
Kapitel 30 Zehn Schritte zum Bau eines Radios 301
Ein funktionsfähiges Radio bauen 301
Kapitel 31 Meine zehn Lieblingsbücher zur Elektrotechnik 303
Anhang A: Lösungen der Aufgaben 305
Kapitel 3 305
Kapitel 4 306
Kapitel 5 307
Kapitel 7 308
Kapitel 8 311
Kapitel 11 314
Kapitel 12 316
Kapitel 17 319
Kapitel 18 320
Kapitel 21 320
Kapitel 23 322
Kapitel 25 326
Kapitel 27 327
Stichwortverzeichnis 331
Elektrotechnik für Dummies
Schummelseite
LADUNG UND STROM IN METALLISCHEN LEITERN
-
Coulombkraft:
-
Ladung:
-
Stromstärke:
beziehungsweise
(zeitabhängige Ladung)
-
Stromdichte:
(homogene Stromdichte)
beziehungsweise über die Integralgleichung
ELEKTRISCHE SPANNUNG, WIDERSTAND UND LEITWERT
-
Spannung und Potenzial:
-
Leiterwiderstand:
-
Leitwert:
, mit
-
Temperaturabhängiger Widerstand:
, mit
OHMSCHES GESETZ, ARBEIT UND LEISTUNG
-
Ohmsches Gesetz:
-
Arbeit:
-
Leistung:
-
Wirkungsgrad:
QUELLENSPANNUNG, KLEMMENSPANNUNG UND INNERER WIDERSTAND
-
Spannung und Strom:
-
Kurzschlussfall :
-
Leerlauffall :
-
Anpassung:
REIHEN- UND PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTäNDEN
-
Reihenschaltung:
-
Parallelschaltung:
-
Gesetze von Kirchhoff:
Knotenregel:
Maschenregel: oder
-
Spannungsteiler, unbelastet:
-
Belasteter Spannungsteiler:
ELEKTRISCHES FELD
-
Kraft im elektrischen Feld:
-
zwischen zwei Punktladungen:
-
Elektrische Ladung:
-
Elektrische Feldstärke:
-
im homogenen Feld:
-
einer geladenen Kugel:
-
eines Leiters der Länge :
-
Dielektrizitätskonstante:
-
im Vakuum:
-
Elektrische Spannung:
-
im homogenen Feld:
-
zwischen zwei Punkten:
-
Elektrischer Fluss:
-
Gaußscher Satz:
-
Elektrische Flussdichte
im homogenen Feld:
ELEKTRISCHES FELD UND KONDENSATOR
-
Kapazität:
-
Kapazität des
Plattenkondensators:
-
Kugelkondensators:
-
Zylinderkondensators:
-
Parallelschaltung:
-
Reihenschaltung
für :
-
Energie des Kondensators:
-
Kondensatoraufladung:
mit
-
Gespeicherte Energie:
-
Energiedichte:
MAGNETISCHES FELD UND SPULE
-
Magnetische Feldstärke:
-
Magnetische Durchflutung:
-
Feldstärke um Einzeldraht:
-
Magnetischer Fluss:
allgemein:
, wenn
mit : Flächennormalenvektor
-
Magnetische Flussdichte:
-
Permeabilität:
-
im Vakuum:
-
Durchflutungsgesetz:
-
Magnetische Feldstärke
außerhalb eines Leiters:
-
innerhalb eines Leiters:
-
Ohmsches Gesetz des Magnetismus
der magnetische Widerstand
-
der magnetische Leitwert
-
Magnetischer Widerstand:
-
Magnetischer Leitwert:
-
Kraft im magnetischen Feld:
-
Kraft zwischen zwei Leitern:
-
Lorentzkraft:
-
Bewegte Ladung im Magnetfeld
falls auf senkrecht:
-
Induktionsgesetz, allgemein:
-
Integralform:
-
falls auf senkrecht:
-
Induktionsgesetz, falls = konst. und :
-
in einer Spule:
-
Spule mit konstanter Fläche:
-
Spule in konstantem -Feld:
-
Selbstinduktion:
-
Induktivität:
-
Magnetischer Leitwert:
-
Energie der Spule:
GLEICHSTROMMOTOR
-
Ankerkreisgleichungen
elektrische Seite:
-
mechanische Seite:
-
Leistung
elektrische Seite:
-
mechanische Seite:
-
Wirkungsgrad:
-
Antriebsmoment:
KENNWERTE DER WECHSELSTROMTECHNIK
-
Sinusförmige Wechselspannung:
Phasenverschoben um den Nullphasenwinkel
-
Periodendauer:
-
Frequenz:
-
Kreisfrequenz:
-
Drehwinkel:
-
Spannung an einer Spule:
-
Phasenverschiebungswinkel einer Spule:
-
Strom am Kondensator:
-
Phasenverschiebungswinkel eines...
