Arnold Führer, Klaus Heidemann, Wolfgang Nerreter
Grundgebiete der Elektrotechnik
Band 1: Stationäre Vorgänge
Vorwort zur 9. Auflage
6
Inhaltsverzeichnis
7
1 Grundbegriffe
12
1.1 Elektrischer Strom
12
1.2 Ladungen im Atommodell
14
1.3 Leitungseigenschaften
19
1.4 Ladung und Stromstärke
21
1.5 Stromdichte
26
1.6 Energie im Gleichstromkreis
28
1.7 Potenzial und Spannung
29
1.8 Elektrische Feldstärke
32
1.8.1 COULOMB-Kraft und elektrische Feldstärke
32
1.8.2 Spannung und elektrische Feldstärke
33
1.9 Leistung und Wirkungsgrad
35
2 Zweipole
38
2.1 Der Begriff Zweipol
38
2.2 Bezugspfeile
38
2.2.1 Bezugssinn von Spannung und Strom
38
2.2.2 Pfeilsysteme
39
2.3 Passive Zweipole
41
2.3.1 Strom-Spannungs-Kennlinie
41
2.3.2 Das OHMsche Gesetz
44
2.3.3 Widerstand als Bauelement
46
2.3.4 Temperaturabhängigkeit
47
2.4 Aktive Zweipole
51
2.4.1 Leerlauf und Kurzschluss von Quellen
51
2.4.2 Ideale Quellen
52
2.4.3 Konstantquellen
52
2.4.4 Lineare Quellen
53
2.4.5 Nichtlineare Quellen
57
3 Zweipol-Netze
58
3.1 Verbindung zweier Zweipole
58
3.1.1 Bestimmung des Arbeitspunktes
58
3.1.2 Stabilität von Arbeitspunkten
61
3.1.3 Leistungsanpassung
62
3.2 Knotensatz
64
3.2.1 Stromteilungan einer Parallelschaltung
64
3.2.2 Stromsumme an Knoten
65
3.3 Maschensatz
67
3.3.1 Spannungsteilung
67
3.3.2 Potenzialevon Schaltungspunkten
68
3.3.3 Spannungssumme in Maschen
70
3.4 Ersatzzweipole
73
3.4.1 Passive Ersatzzweipole
73
3.4.2 Aktive Ersatzzweipole
76
3.5 Überlagerungssatz
82
3.6 Anwendungen
83
3.6.1 Spannungsteiler
83
3.6.2 Brückenschaltungen
86
3.6.3 Strom- und Spannungsmessung
89
4 Zweitore
91
4.1 Der Begriff Zweitor
91
4.2 Lineare passive Zweitore
92
4.2.1 Die Zweitorgleichungen
92
4.2.2 Ersatzzweitore
95
4.2.3 Bestimmung der Zweitorparameter
98
4.2.4 Leistungen am Zweitor
100
4.3 Nichtlineare passive Zweitore
103
4.3.1 Beschreibung mit Kennlinienfeldern
103
4.3.2 Grafische Ermittlung der Arbeitspunkte
105
4.3.3 Betriebsbereiche des Bipolartransistors
108
4.4 Gesteuerte Quellen
111
4.4.1 Lineare Ersatzschaltungen bipolarer Transistoren
111
4.4.2 Lineare gesteuerte Quellen
114
5 Netzwerkanalyse
118
5.1 Das lineare Gleichungssystem
118
5.2 Reduktion des Gleichungssystems
120
5.3 Das Knotenpotenzialverfahren
121
5.3.1 Aufstellung des Gleichungssystems
121
5.3.2 Behandlung idealer Spannungsquellen
123
5.3.3 Behandlung gesteuerter Quellen
125
5.3.4 Bestimmung von Ersatzzweipolen
126
5.4 Das Maschenstromverfahren
129
5.4.1 Aufstellung des Gleichungssystems
129
5.4.2 Behandlung idealer Stromquellen
131
5.4.3 Behandlung gesteuerter Quellen
132
6 Das elektrische Feld
133
6.1 Das elektrische Strömungsfeld
133
6.1.1 Driftgeschwindigkeit und Stromdichte
133
6.1.2 Strom im homogenen Feld
134
6.1.3 Strom im inhomogenen Feld
135
6.2 Das elektrische Potenzialfeld
137
6.2.1 Äquipotenziallinien und Stromlinien
137
6.2.2 Feldstärke und Potenzialgefälle
139
6.3 Spannung und Leistung im elektrischen Strömungsfeld
141
6.3.1 Spannung im homogenen Feld
141
6.3.2 Spannung im inhomogenen Feld
142
6.3.3 Leistungsdichte im Strömungsfeld
143
6.4 Das elektrostatische Feld
146
6.4.1 Quellenfeld
146
6.4.2 Influenz
149
6.4.3 Elektrische Flussdichte
149
6.4.4 Felder von Punktladungen
151
6.5 Nichtleiter im elektrostatischen Feld
154
6.5.1 Einfluss des Dielektrikums
154
6.5.2 Elektrische Dipole
155
6.5.3 Elektrische Polarisation
155
6.5.4 Piezoelektrischer Effekt
157
6.6 Kondensatoren
159
6.6.1 Kapazität
159
6.6.2 Kennlinien kapazitiver Zweipole
160
6.6.3 Berechnung der Kapazität
161
6.7 Kondensatorschaltungen
166
6.7.1 Parallelschaltung von Kondensatoren
167
6.7.2 Reihenschaltung von Kondensatoren
167
7 Das magnetische Feld
170
7.1 Ursachen und Wirkungen
170
7.1.1 Magnete
170
7.1.2 Magnetfeld stromdurchflossener Leiter
171
7.1.3 Erdmagnetfeld
173
7.1.4 Magnetfeld von Dauermagneten
174
7.1.5 Induktionswirkung im Magnetfeld
175
7.2 Kraftwirkungen im Magnetfeld
176
7.2.1 Die magnetische Flussdichte
176
7.2.2 Kräfte auf stromdurchflossene Leiter
178
7.2.3 Kraft auf eine bewegte Ladung
181
7.2.4 HALL-Effekt
182
7.3 Das Durchflutungsgesetz
183
7.3.1 Durchflutung
183
7.3.2 Permeabilität
184
7.3.3 Magnetische Feldstärke
185
7.4 Anwendung des Durchflutungsgesetzes
186
7.4.1 Magnetische Feldstärke in der Umgebung eines langen, geraden, zylindrischen Leiters
186
7.4.2 Magnetische Feldstärke im Innern eines langen, geraden, zylindrischen Leiters
187
7.4.3 Magnetfeld einer langen Koaxialleitung
188
7.4.4 Magnetische Feldstärke innerhalb einer Kreisringspule
189
7.4.5 Magnetfeld einer Zylinderspule
190
7.5 Das Gesetz von BIOT-SAVART
192
7.5.1 Magnetfeld bewegter Ladungen
192
7.5.2 Magnetfeld eines dünnen, geraden Leiters beliebiger Länge
193
7.5.3 Magnetfeld im Mittelpunkt einer kreisförmigen, dünnen Leiterschleife
194
7.6 Materie im Magnetfeld
195
7.6.1 Dia- und Paramagnetismus
195
7.6.2 Ferromagnetismus
197
7.6.3 Magnetische Werkstoffe
200
7.7 Magnetische Kreise
205
7.7.1 Unverzweigte magnetische Kreise
205
7.7.2 Verzweigte magnetische Kreise
212
7.7.3 Magnetischer Kreis mit Dauermagnet
215
8 Leitungsmechanismen
219
8.1 Stromleitung in Festkörpern
219
8.1.1 Bändermodell
219
8.1.2 Eigenleitung in Halbleitern und in Isolatoren
222
8.1.3 Austrittsarbeit
224
8.1.4 Störstellenleitung in Halbleitern
225
8.1.5 Metallische Leitung
226
8.2 Vorgänge an Grenzschichten
228
8.2.1 Übergang Metall–Metall
228
8.2.2 Übergang Metall–Halbleiter
229
8.2.3 pn-Übergang
232
8.2.4 Photovoltaischer Effekt
236
8.2.5 Übergang Isolator-Isolator
238
8.3 Bipolartransistor
239
8.3.1 Transistoreffekt
239
8.3.2 Aufbau in Planartechnik
240
8.3.3 Betriebsverhalten
240
8.4 Feldeffekttransistor
242
8.4.1 Sperrschicht-FET
243
8.4.2 Isolierschicht-FET
245
8.5 Stromleitung in Flüssigkeiten
249
8.5.1 Ionen als Ladungsträger
249
8.5.2 Elektrolyse
250
8.5.3 Das FARADAYsche Gesetz
251
8.6 Elektrochemische Spannungsquellen
252
8.6.1 Elektrochemische Spannungsreihe
252
8.6.2 GALVANIsche Primärelemente
254
8.6.3 GALVANIsche Sekundärelemente
255
8.6.4 Brennstoffzellen
257
8.7 Stromleitung im Vakuum
258
8.8 Stromleitung in Gasen
260
8.8.1 Elektrische Erscheinungen in Luft
260
8.8.2 Dunkelentladung
260
8.8.3 Stoßionisation
261
8.8.4 Durchschlag im homogenen Feld
262
8.8.5 Sichtbare Gasentladungen
263
SI-Einheiten
265
Verwendete Formelzeichen
267
Rechenoperationen mit Matrizen
268
Wichtige Konstanten
269
Lösungen der Aufgaben
269
Literatur
279
Sachwortverzeichnis
280
Namenverzeichnis
285
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