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Description
(Text)
Die Elektrotechnik kann ganz schön kompliziert sein, allerdings nicht in diesem Buch. Michael Felleisen erklärt Ihnen einfach und verständlich was Sie zu diesem Thema als Student unbedingt wissen sollten. Von den einfachen Zusammenhängen des elektrischen Stromkreises, über das Ohm sche Gesetz, bis hin zu den Besonderheiten des magnetischen Felds und den Grundlagen der Wechselstromtechnik ist alles vertreten. Schon bald werden Sie mit Schlagworten wie Widerstand, Kondensator, Kapazität, Spule und Induktion ganz selbstverständlich umgehen. Dank zahlreichen Beispielen und Schritt-für-Schritt-Rechnungen stellen auch schwierige Themengebiete kein Problem mehr für Sie dar. Die nächste Prüfung kann also kommen.
(Author portrait)
Michael Felleisen ist Professor für Mess-, Steuer- und Regelungstechnik an der Hochschule Pforzheim. Dort hält er die Vorlesung "Grundlagen der Elektrotechnik I und II" und ist dadurch bestens mit den Bedürfnissen der Studenten vertraut.
Contents
Einfuhrung 23 Uber dieses Buch 25 Konventionen in diesem Buch 26 Was Sie nicht lesen mussen 26 Torichte Annahmen uber den Leser 26 Wie dieses Buch aufgebaut ist 27 Teil I: Grossen der Elektrotechnik und ihre Zusammenhange 27 Teil II: Stromkreise und ihre Widerstande 27 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 Grossen der Elektrotechnik und ihre Zusammenhange 33 Kapitel 1 Die wesentlichen mathematischen Grundlagen 35 Physikalische Grossen und deren Einheiten 35 Skalare und Vektoren zur Darstellung von Feldern 38 Aus zwei mach 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 fuhrt 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 53 Der elektrische Strom und sein Fluss 53 Ohne Spannungsquelle fliesst kein Strom 55 Die Kraft, die alles zusammenhalt 57 Kapitel 4 Wenn die Spannung keinen Widerstand hatte 61 Die Entstehung der elektrischen Spannung 61 Elektrischer Widerstand und dessen Leitwert 63 Abhangigkeit des elektrischen Widerstands R 64 Temperaturabhangigkeit elektrischer Widerstande 66 Kapitel 5 Die Spannung ist Strom mal Widerstand 69 Das ohmsche Gesetz 69 Muskelkater ade elektrische Arbeit ersetzt Muskelkraft 71 Teil II Stromkreise und ihre Widerstande 75 Kapitel 6 Stecker rein woher der Strom kommt 77 Bezuge und Richtungen das Zahlpfeilsystem 77 Das Innenleben der Steckdose 78 Kurzschlussfall RV = 0 80 Leerlauffall RV 81 Anpassung RV = Ri 82 Spannungs- und Stromquelle ideal gesehen 85 Kapitel 7 Reihen- und Parallelschaltung von Widerstanden 87 In Reih und Glied die Reihenschaltung 87 Die Parallelschaltung 90 Kapitel 8 Strome teilen und Spannungen fangen die kirchhoffschen Gesetze 95 Die Knotenregel 95 Die Maschenregel 96 Ein Cocktail aus Knoten und Maschen 97 Die erweiterte Reihenschaltung 97 Die erweiterte Parallelschaltung 101 Ein Rechenbeispiel zum Uben 104 Geteilte Spannungen im belasteten Spannungsteiler 106 Die wheatstonesche Bruckenschaltung 107 Teil III Elektrisches Feld und Kondensator 111 Kapitel 9 Von der Feldstarke zum Potenzial 113 Volle Ladung die Wirkung des elektrischen Feldes 114 Feldstarke im homogenen Feld 114 Experimentelle Darstellung der elektrischen Feldstarke mithilfe des Plattenkondensators 116 Mathematische Herleitung der elektrischen Feldstarke 118 Feldstarke im inhomogenen Feld 119 Das Potenzial und der kleine, aber feine Unterschied 120 Kapitel 10 Der elektrische Fluss und seine Begleiter 123 Aus Influenz wird elektrischer Fluss 123 Die elektrische Flussdichte treibt an 124 Dielektrizitatskonstante und der Materialeinfluss 127 Kapitel 11 Berechnung elektrostatischer Felder 129 Feld der geladenen Kugel 129 1. Schritt: Ein Bild sagt mehr als tausend Worte 130 2. Schritt: Losungsansatz (mathematisches Modell) 130 3. Schritt: Randbedingungen definieren 131 4. Schritt: Losung 131 Feld in der Umgebung mehrerer Ladungen 133 1. Schritt: Skizze erstellen 134 2. Schritt: Berechnung der einzelnen Felder E1 und E2 134 3. Schritt: Losung fur das gesamte E-Feld im Punkt P 134 Feld eines langen, geraden Leiters 135 1. Schritt: Skizze erstellen 135 2. Schritt: Losungsansatz 135 3. Schritt: Randbedingungen 136 Kapitel 12 Die Kapazitat des Kondensators 139 Definition der Kapazitat 139 Die Kapazitat des Plattenkondensators 140 1. Schritt: Skizze erstellen 140 2. Schritt: Losungsansatz 141 3. Schritt: Losung uber die Gleichung fur die Kapazitat 141 Die Kapazitat des Kugelkondensators 142 1. Schritt: Skizze erstellen 143 2. Schritt: Berechnung der Kapazitat 143 Die Kapazitat des Zylinderkondensators 146 1. Schritt: Skizze erstellen 146 2. Schritt: Losungsansatz 147 Kondensatoren verschaltet 148 Parallel an der Spannungsquelle 149 In Reihe an der Spannungsquelle 149 Kapitel 13 Die Energie des elektrostatischen Feldes 153 Volle Scheunen ein Kondensator wird aufgeladen 153 1. Schritt: Anwendung der Maschenregel 154 2. Schritt: Losen der Differenzialgleichung 155 3. Schritt: k uber Anfangsbedingungen bestimmen 157 4. Schritt: Ermitteln des Kennlinienverlaufs 157 5. Schritt: Dynamische Charakteristik 158 Der Kondensator entladt sich wieder 159 Dann war da noch die Spannung am Widerstand 160 Kapitel 14 Energiedichte und wirkende Krafte im Kondensator 163 Energiedichte im elektrostatischen Feld 163 Krafte zwischen Elektroden 164 Teil IV Magnetisches Feld und Spule 167 Kapitel 15 Das Magnetfeld stromdurchflossener Leiter 169 Magnetische Grundformen 170 Der Stab unter den Magneten 170 Magnetfeld eines langen, stromdurchflossenen Leiters 170 Die Zylinderspule 172 Der Spezialist: Ringkern- oder Toroidspule 173 Kapitel 16 Magnetische Feldgrossen 175 Magnetische Feldstarke und Durchflutung 175 Vom magnetischen Fluss zur Flussdichte 178 Kapitel 17 Das Durchflutungsgesetz 183 Von der Umlaufspannung zur Durchflutung 183 Experimentelle Uberprufung des Durchflutungsgesetzes 185 Anwendungsbeispiel zumDurchflutungsgesetz 187 1. Schritt: Skizze erstellen 187 2. Schritt: Losungsansatz 188 3. Schritt: Randbedingungen definieren 188 4. Schritt: Losung 188 Kapitel 18 Ohmsches Gesetz auch im Magnetismus 195 Kapitel 19 Volle Power Krafte im magnetischen Feld 199 Der stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld 199 Bewegte Ladung im Magnetfeld die Lorentzkraft 203 Leiter ziehen sich an! 203 Kapitel 20 Induktionswirkung frei nach Faraday 205 Bewegte Leiter im Magnetfeld Induktion durch Bewegung 205 Kapitel 21 Auch das noch: Selbstinduktion 209 Entstehung und Wirkung der Selbstinduktion 209 Induktivitat von Eisenspulen und Permeabilitat 211 Ahnliche Geschwister Analogien des elektrischen und des magnetischen Feldes 211 Teil V Elektromagnetische Felder und der Gleichstrommotor 215 Kapitel 22 Bestens angetrieben der Gleichstrommotor 217 Vom Gerateschema zum Ersatzschaltbild 217 Lorentz, mir graut vor dir das Kraftgesetz 219 Ohne den Kommutator keine volle Umdrehung 221 Mit Hochstleistungen zumWirkungsgrad 223 Wirkung des Induktionsgesetzes Faraday sei Dank 224 Ersatzschaltbild des Gleichstrommotors 225 Elektrischer Teil des Motors 226 Mechanischer Teil des Motors 228 Kapitel 23 Bewegung erzeugt Antrieb 231 Kennwerte des Motors 231 Wirkungsgrad des Motors 232 Drehmoment MA des Motors 233 Erregungsarten des Motors 236 Fall mir nicht zur Last! 237 Das Lastmoment ML des Lufters 238 MM-n-Kennlinie des Gleichstrommotors 239 Der Arbeitspunkt 239 Teil VI Grundlagen der Wechselstromtechnik 243 Kapitel 24 Auf und ab sinusformige Wechselgrossen 245 Von der Gleich- zur Wechselgrosse 245 Erzeugung einer Wechselgrosse 247 Kapitel 25 Kennwerte sinusformiger Wechselgrossen 251 Amplitude, Augenblickswert und Frequenz 251 Wer kommt vor wem? Die Phasenverschiebung 253 Phasenverschiebung der Spule 254 Phasenverschiebung des Kondensators 256 Mittelwerte von Wechselgrossen 256 Gleichanteil 257 Gleichrichtwert 257 Effektivwert, quadratischer oder geometrischer Mittelwert 258 Kapitel 26 Zeigerdarstellung von Wechselgrossen 263 Vom Zeiger- zum Liniendiagramm 263 Kapitel 27 Grundschaltungen sinusformiger Wechselgrossen 267 Der komplexe Widerstand 267 Ohmscher Widerstand im Wechselstromkreis 270 Der induktive Blindwiderstand einer Spule 271 Der kapazitive Blindwiderstand des Kondensators 273 Vergleich der Grundschaltungen an Wechselstrom 274 Teil VII Der Top-Ten-Teil 277 Kapitel 28 Zehn wichtige Erfinder der Elektrotechnik 279 Die quantitative Elektrostatik 279 Teilchen beginnen zu wirken C.A. de Coulomb 279 Stromung elektrischer Ladungen der Gleichstrom 279 Froschschenkel und andere Kuriositaten Luigi Galvani 279 Nerven und Muskeln enthalten Elektrizitat Alessandro Volta 280 Widerstand zwischen Spannung und Strom G.S. Ohm 281 Die Tucken von Knoten und Maschen G.R. Kirchhoff 282 Das Wunder des magnetischen Feldes 283 Die unheimliche Kraft des Stroms H.C. Oersted 283 Elektrische Strome und Magnetismus sind eins M. Faraday 283 Die Welt der wechselwirkenden Strome 285 Die Messung des elektrischen Stroms A.-M. Ampere 285 Vom dynamoelektrischen Prinzip zum Firmengrunder W. von Siemens 285 Der Vater der Frequenzen Heinrich Rudolf Hertz 287 Kapitel 29 Zehn technologische Fortschritte zum Einsatz der Energie 289 1. Segelfahrzeug am Strand von Holland 289 2. Naturwissenschaftliche Beschreibung durch die Mathematik 289 3. Kraft 289 4. Energie 289 5. Elektrizitat 290 6. Volta-Saule 290 7. Es werde Licht! 290 8. Strahlende Chemie 290 9. Kernenergie und die Atombombe 290 10. Heute 291 21 Inhaltsverzeichnis Kapitel 30 Zehn Schritte zum Bau eines Radios 293 Ein funktionsfahiges Radio bauen 293 Kapitel 31 Meine zehn Lieblingsbucher zur Elektrotechnik 295 Anhang 297 Stichwortverzeichnis 325
