Dieses Buch erklärt Ihnen einfach und verständlich, was Sie im Studium über die Elektrotechnik unbedingt wissen sollten. Von einfachen elektrischen Stromkreisen über das ohmsche Gesetz bis hin zu magnetischen Feldern und den Grundlagen der Wechselstromtechnik ist alles vertreten. Schon bald werden Sie mit Widerstand, Kondensator und Kapazität, Spule und Induktion ganz selbstverständlich umgehen. Dank zahlreichen Beispielen und Schritt-für-Schritt-Rechnungen stellen Klausuren kein Problem mehr für Sie dar. Die nächste Prüfung kann also kommen.
Inhaltsverzeichnis
Ü ber den Autor 11
Danksagung 11
Einfü hrung 23
Ü ber dieses Buch 25
Konventionen in diesem Buch 26
Was Sie nicht lesenmü ssen 26
Annahmen ü ber Sie, den Leser 27
Wie dieses Buch aufgebaut ist 27
Teil I: Grö ß en der Elektrotechnik und ihre Zusammenhä nge 27
Teil II: Stromkreise und ihre Widerstä nde 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 Grö ß en Der Elektrotechnik Und Ihre Zusammenhä nge 33
Kapitel 1 Die wesentlichen mathematischen Grundlagen 35
Physikalische Grö ß en 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 fü hrt 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 fließ t kein Strom 57
Die Kraft, die alles zusammenhä lt 59
Kapitel 4 Wenn die Spannung keinen Widerstand hä tte 63
Die Entstehung der elektrischen Spannung 64
Elektrischer Widerstand und dessen Leitwert 65
Temperaturabhä ngigkeit elektrischer Widerstä nde 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 Widerstä nde 77
Kapitel 6 Stecker rein - woher der Strom kommt 79
Bezü ge und Richtungen - das Zä hlpfeilsystem 79
Das Innenleben der Steckdose 81
Kurzschlussfall RV = 0 83
Leerlauffall RV 84
Anpassung RV = Ri 84
Spannungs- und Stromquelle ideal gesehen 87
Kapitel 7 Reihen- und Parallelschaltung von Widerstä nden 91
In Reih und Glied - die Reihenschaltung 91
Die Parallelschaltung 95
Kapitel 8 Strö me 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 Ü ben 108
Geteilte Spannungen im belasteten Spannungsteiler 111
Die Wheatstonesche Brü ckenschaltung 112
Teil III Elektrisches feld und kondensator 115
Kapitel 9 Von der Feldstä rke zum Potenzial 117
Volle Ladung - die Wirkung des elektrischen Feldes 118
Feldstä rke im homogenen Feld 119
Experimentelle Darstellung der elektrischen Feldstä rke mithilfe des Plattenkondensators 121
Mathematische Herleitung der elektrischen Feldstä rke 122
Feldstä rke 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
Dielektrizitä tskonstante 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: Lö sungsansatz (mathematisches Modell) 134
3 Schritt: Randbedingungen definieren 135
4 Schritt: Lö sung 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: Lö sung fü r das gesamte E-Feld im Punkt P 138
Feld eines langen, geraden Leiters 139
1 Schritt: Skizze erstellen139
2 Schritt: Lö sungsansatz 139
3 Schritt: Randbedingungen 139
Kapitel 12 Die Kapazitä t des Kondensators 143
Definition der Kapazitä t 143
Die Kapazitä t des Plattenkondensators 144
1 Schritt: Skizze erstellen144
2 Schritt: Lö sungsansatz 145
3 Schritt: Lö sung ü ber die Gleichung fü r die Kapazitä t 145
Die Kapazitä t des Kugelkondensators 147
1 Schritt: Skizze erstellen 147
2 Schritt: Berechnung der Kapazitä t 147
Die Kapazitä t des Zylinderkondensators 150
1 Schritt: Skizze erstellen150
2 Schritt: Lö sungsansatz 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: Lö sen der Differenzialgleichung 159
3 Schritt: k ü ber Anfangsbedingungen bestimmen 161
4 Schritt: Ermitteln des Kennlinienverlaufs 161
5 Schritt: Dynamische Charakteristik 162
Der Kondensator entlä dt sich wieder 163
Dann war da noch die Spannung am Widerstand. . . 164
Kapitel 14 Energiedichte und wirkende Krä fte im Kondensator 167
Energiedichte im elektrostatischen Feld 167
Krä fte 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 Feldgrö ß en 179
Magnetische Feldstä rke und Durchflutung 179
Vom magnetischen Fluss zur Flussdichte 182
Kapitel 17 Das Durchflutungsgesetz 187
Von der Umlaufspannung zur Durchflutung 187
Experimentelle Ü berprü fung des Durchflutungsgesetzes 190
Anwendungsbeispiel zum Durchflutungsgesetz 191
1 Schritt: Skizze erstellen191
2 Schritt: Lö sungsansatz 192
3 Schritt: Randbedingungen definieren 192
4 Schritt: Lö sung 193
Kapitel 18 Ohmsches Gesetz auch im Magnetismus 199
Kapitel 19 Volle Power - Krä fte 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
Induktivitä t von Eisenspulen und Permeabilitä t 217
Energie des magnetischen Feldes 218
Ä hnliche 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 Gerä teschema zum Ersatzschaltbild 223
Lorentz, mir graut vor dir - das Kraftgesetz 225
Ohne den Kommutator keine volle Umdrehung 227
Mit Hö chstleistungen 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 Lü fters 244
MM - n-Kennlinie des Gleichstrommotors 245
Der Arbeitspunkt 245
Teil VI Grundlagen Der Wechselstromtechnik 249
Kapitel 24 Auf und ab - sinusfö rmige Wechselgrö ß en 251
Von der Gleich- zur Wechselgrö ß e 252
Erzeugung einer Wechselgrö ß e 253
Kapitel 25 Kennwerte sinusfö rmiger Wechselgrö ß en 257
Amplitude, Augenblickswert und Frequenz 257
Wer kommt vor wem? Die Phasenverschiebung 259
Phasenverschiebung der Spule 260
Phasenverschiebung des Kondensators 262
Mittelwerte von Wechselgrö ß en 262
Gleichanteil 262
Gleichrichtwert 263
Effektivwert, quadratischer oder geometrischer Mittelwert 264
Kapitel 26 Zeigerdarstellung von Wechselgrö ß en 269
Vom Zeiger- zum Liniendiagramm 269
Kapitel 27 Grundschaltungen sinusfö rmiger Wechselgrö ß en 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
Strö mung elektrischer Ladungen - der Gleichstrom 288
Froschschenkel und andere Kuriositä ten - Luigi Galvani 288
Nerven und Muskeln enthalten Elektrizitä t - Alessandro Volta 288
Widerstand zwischen Spannung und Strom - GS Ohm 289
Die Tü cken von Knoten und Maschen - GR Kirchhoff 290
Das Wunder des magnetischen Feldes 291
Die unheimliche Kraft des Stroms - HC Oersted 291
Elektrische Strö me und Magnetismus sind eins - M Faraday 292
Die Welt der wechselwirkenden Strö me 293
Die Messung des elektrischen Stroms - A-M Ampè re 293
Vom dynamoelektrischen Prinzip zum Firmengrü nder - 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 Elektrizitä t 298
6 Volta-Sä ule 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 funktionsfä higes Radio bauen 301
Kapitel 31 Meine zehn Lieblingsbü cher zur Elektrotechnik 303
Anhang A: Lö sungen 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
