Grundlagen und Bauelemente der Elektrotechnik

Vorwort des Herausgebers

Vorwort zur 8. Auflage

Vorwort zur 7. Auflage

Inhalt

0 Einleitung

1 Elektrische Grundgrößen

1.0 Elektrizität und Elektrotechnik

1.1 Elektrischer Strom

1.1.1 Elektrische Ladung als Ursprung der Elektrizität

1.1.1.1 Das Elektron im Atomaufbau

1.1.1.2 Das Elektron als kleinste elektrische Ladung

1.1.1.3 Das Modell des elektrischen Feldes um eine elektrische Ladung

1.1.2 Stromfluss als gerichtete bewegte Ladung

1.1.2.1 Elektrischer Stromfluss

1.1.2.2 Elektronengeschwindigkeit und Stromgeschwindigkeit

1.1.2.3 Stromdichte

1.1.2.4 Wirkungen des elektrischen Stromes

1.1.3 Stromarten

1.2 Elektrische Spannung

1.2.1 Energieniveau zwischen getrennten Ladungen

1.2.2 Spannungsgewinnung durch Energieumwandlung

1.2.3 Spannungsarten

1.3 Elektrischer Widerstand

1.3.1 Stromleitung in Metallen

1.3.1.1 Aufbau und Gitterstruktur von Metallen

1.3.1.2 Das Bändermodell bei Metallen

1.3.1.3 Vorgang der Stromleitung

1.3.2 Elektrischer Widerstand als Strombegrenzer

1.3.2.1 Spezifischer elektrischer Widerstand und elektrische Leitfähigkeit

1.3.2.2 Bemessungsgleichung des Widerstandes

1.3.2.3 Temperaturabhängigkeit des Widerstandes

1.3.3 Stromleitung in Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen

2 Elektrischer Stromkreis

2.1 Aufbau des technischen Stromkreises

2.2 Strömungsgesetze im elektrischen Stromkreis

2.2.1 Ohm’sches Gesetz

2.2.2 Widerstandsdiagramme

2.2.2.0 Einführung

2.2.2.1 Lineare Widerstände

2.2.2.2 Nichtlineare Widerstände

2.3 Messung von Strom und Spannung

2.3.1 Strommessung

2.3.2 Spannungsmessung

2.4 Aktive und passive Zwei- und Vierpole

2.4.0 Einführung

2.4.1 Zweipole

2.4.1.0 Definitionen

2.4.1.1 Spannungsquelle als aktiver Zweipol

2.4.1.2 Widerstand und andere „Verbraucher“ als passiver Zweipol

2.4.2 Vierpole

2.4.2.0 Definitionen

2.4.2.1 Ausgewählte aktive Vierpole

2.4.2.2 Ausgewählte passive Vierpole

3 Grundschaltungen für Gleichstrom

3.1 Reihenschaltung von Widerständen

3.1.1 Gesamtstrom, Gesamtspannung, Gesamtwiderstand

3.1.2 Verhältnisbildung zwischen Teilspannung und Teilwiderständen –– Spannungsteilung

3.1.3 Der feste bzw. fest eingestellte unbelastete Spannungsteiler

3.1.4 Der stellbare unbelastete Spannungsteiler (Potenziometerschaltung)

3.1.5 Vergleich von Spannungspotenzialen

3.1.6 Grafische Lösung einer Reihenschaltung

3.2 Parallelschaltung von Widerständen

3.2.1 Gesamtspannung, Gesamtstrom, Gesamtwiderstand

3.2.2 Verhältnisbildung zwischen Teilströmen und Widerständen –– Stromteilung

3.2.3 Ersatzwiderstand ¼ Gesamtwiderstand parallel geschalteter Widerstände

3.2.4 Ersatzleitwert

3.2.5 Grafische Lösung einer Parallelschaltung

3.3 Ersatzspannungsquelle und Ersatzstromquelle

3.3.1 Ersatzspannungsquelle

3.3.1.0 Einführung

3.3.1.1 Schaltung

3.3.1.2 Kennlinie und Kenngrößen

3.3.2 Ersatzstromquelle

3.3.2.0 Einführung

3.3.2.1 Schaltung

3.3.2.2 Kennlinie und Kenngrößen

3.4 Gemischte Schaltungen von Widerständen

3.4.1 Reihenund Parallelschaltungen von Widerständen in einer Schaltung

3.4.2 Belasteter Spannungsteiler

3.4.2.0 Einführung

3.4.2.1 Fester belasteter Spannungsteiler

3.4.2.2 Stellbarer belasteter Spannungsteiler (Potenziometerschaltung)

3.4.3 Brückenschaltung

3.4.3.0 Einführung

3.4.3.1 Die abgeglichene Brückenschaltung

3.4.3.2 Die unabgeglichene Brückenschaltung

3.5 Netzwerke und ihre Berechnungsmethoden

3.5.0 Einführung

3.5.1 Stern-Dreieck-Umwandlung

3.5.2 Maschen- und Knotenpunktgleichungen

3.5.3 Ersatzspannungs- und Ersatzstromquellen –– Umwandlung

3.5.4 Überlagerungssatz

3.5.5 Passive Vierpole aus Widerstandsnetzwerken

3.5.5.0 Einführung

3.5.5.1 Aufstellung von Vierpolgleichungen

3.5.5.2 Definition und Kennzeichnung der Vierpolparameter

3.5.5.3 Ermittlung der Bauelementdaten einer Vierpol-Innenschaltung aus den Daten der Vierpolparameter

3.6 Elektrische Arbeit und Leistung

3.6.1 Elektrische Arbeit

3.6.2 Elektrische Leistung

3.6.2.1 Leistungshyperbel

3.6.2.2 Nutzleistung und Verlustleistung

3.6.2.3 Wirkungsgrad

3.6.2.4 Leistungsanpassung

3.7 Umwandlung elektrischer Energie in andere Energien und umgekehrt

3.7.0 Einführung

3.7.1 Elektrische Energie in mechanische Energie

3.7.2 Elektrische Energie in thermische Energie

3.7.3 Elektrische Energie in optische Energie

3.7.4 Elektrische Energie in chemische Energie

3.7.4.0 Einführung

3.7.4.1 Elektrolyse und Leitungsmechanismus in Flüssigkeiten

3.7.4.2 Elektrochemische Spannungsquellen

3.7.4.2.1 Galvanische Elemente (Primärelemente)

3.7.4.2.2 Akkumulatoren (Sekundärelemente)

4 Das elektrische Feld und der Kondensator

4.0 Einführung

4.1 Erscheinungsform des elektrischen Feldes

4.1.1 Elektrische Felder zwischen elektrischen Ladungen –– elektrostatische Felder

4.1.2 Elektrische Felder in und zwischen stromführenden Leitern

4.1.2.0 Einführung

4.1.2.1 Felder in stromführenden Leitern

4.1.2.2 Felder zwischen Strom führenden Leitern

4.2 Die elektrische Feldstärke als Kenngröße des elektrischen Feldes

4.3 Kräfte im elektrischen Feld und das Coulomb’sche Gesetz

4.4 Spannungspotenziale in elektrischen Feldern

4.4.1 Spannung im elektrischen Feld

4.4.2 Spannung zwischen getrennten Ladungen

4.5 Ladungsspeicherung und Kondensator

4.6 Isolierstoffe im elektrischen Feld

4.6.1 Ladungsverschiebungen in Isolierstoffen oder die elektrische Influenz

4.6.2 Feldkonstante des elektrischen Feldes

4.6.3 Bemessungsgleichung der Kapazität

4.7 Schaltungen von Kondensatoren

4.7.1 Reihenschaltung von Kondensatoren

4.7.2 Parallelschaltung von Kondensatoren

4.7.3 Reihenund Parallelschaltungen von Kondensatoren in einer Schaltung

4.8 Schaltvorgänge am Kondensator

4.8.1 Einschaltoder Ladevorgang am Kondensator

4.8.2 Ausschaltoder Entladevorgang am Kondensator

4.9 Gespeicherte Energie eines geladenen Kondensators und die Energie des elektrischen Feldes

5 Das magnetische Feld

5.1 Erscheinungsformen des magnetischen Feldes

5.1.1 Das magnetische Feld eines Natur- oder Dauermagneten

5.1.2 Das magnetische Feld eines stromdurchflossenen Leiters

5.1.3 Das magnetische Feld einer stromdurchflossenen Spule oder eines Elektromagneten

5.1.4 Eigenschaften magnetischer Felder

5.2 Kenngrößen des magnetischen Feldes

5.2.1 Magnetfluss oder magnetischer Fluss

5.2.2 Magnetflussdichte oder magnetische Flussdichte

5.2.3 Elektrische Durchflutung

5.2.4 Magnetische Feldstärke

5.2.5 Magnetischer Widerstand und magnetischer Leitwert

5.3 Magnetisierungskennlinien

5.3.1 Die Magnetflussdichte als Funktion der magnetischen Feldstärke

5.3.2 Magnetisierungskennlinie einer Luftspule

5.3.3 Magnetisierungskennlinie einer Spule mit Kern aus ferromagnetischen Werkstoffen

5.3.3.1 Aufbau der Magnetisierungskennlinien ferromagnetischer Werkstoffe

5.3.3.2 Die Magnetisierungskennlinien magnetischer Werkstoffe beim Ummagnetisierungsvorgang oder die magnetische Hysteresis

5.3.3.3 Arten und Aussteuerung von Hystereseschleifen

5.4 Magnetisierungsarbeit und Magnetisierungsverluste

5.4.1 Magnetisierungsarbeit

5.4.2 Magnetisierungsverluste

5.5 Der magnetische Kreis

5.6 Kräfte im Magnetfeld

5.6.1 Kräfte an magnetischen Polen

5.6.2 Kräfte zwischen magnetischen Feldern

5.6.2.1 Magnetflussdichte und Feldstärke des magnetischen Feldes eines stromdurchflossenen Leiters

5.6.2.2 Überlagerung von magnetischen Feldern parallel verlaufender stromdurchflossener Leiter

5.6.2.3 Kräfte zwischen dem magnetischen Feld eines stromdurchflossenen Leiters oder einer Spule und dem magnetischen Feld eines Dauermagneten – Motorprinzip

5.6.2.4 Kräfte zwischen den magnetischen Feldern stromdurchflossener Leiter

5.7 Magnetische Induktion oder Spannungserzeugung durch Veränderung magnetischer Felder

5.7.1 Bewegung eines stromlosen Leiters im konstanten magnetischen Feld –– Generatorprinzip

5.7.2 Bewegung eines stromdurchflossenen Leiters im konstanten magnetischen Feld –– Generatorprinzip

5.7.3 Induktionsgesetz bei bewegten Leitern und Spulen im konstanten magnetischen Feld

5.7.3.0 Einführung

5.7.3.1 Induktionsgesetz bei geradliniger Bewegung eines Leiters oder einer Spule

5.7.3.2 Induktionsgesetz bei Rotationsbewegung eines Leiters oder einer Spule

5.7.4 Induktionsgesetz bei ruhenden Leitern oder Spulen im zeitlich veränderlichen magnetischen Feld

5.7.4.1 Induktivität, die magnetische Kenngröße einer Spule

5.7.4.2 Energie des Magnetfeldes

5.7.4.3 Reihen- und Parallelschaltung von Induktivitäten

5.7.4.4 Schaltvorgänge an Spulen

5.7.5 Transformatorprinzip

6 Grundschaltungen für Wechselspannungen

6.1 Darstellung und Kenngrößen von Wechselspannungen und Wechselstrom

6.1.0 Einführung

6.1.1 Zeiger- und Liniendiagramme

6.1.2 Kenngrößen von Wechselspannung und Wechselstrom

6.1.3 Zeitliche Betrachtung von Wechselspannungen und Wechselströmen

6.1.4 Überlagerung von Wechselspannungen und die Fourier-Analyse

6.2 Verhalten der idealen Grundschaltelemente an Wechselspannung

6.2.1 Idealer Wirkwiderstand an Wechselspannung

6.2.2 Idealer Kondensator an Wechselspannung

6.2.3 Ideale Spule an Wechselspannung

6.3 Komplexe Rechnung und die Anwendung im Wechselstromkreis

6.3.1 Komplexe Zahlen –– Komplexe Zahlenebene –– Rechenregeln

6.3.2 Elektrische Größen in komplexer Schreibweise

6.4 Reihenschaltungen im Wechselstromkreis

6.4.1 Widerstand und Kondensator

6.4.2 Widerstand und Spule

6.4.3 Kondensator und Spule

6.4.4 Widerstand, Kondensator und Spule

6.5 Parallelschaltungen im Wechselstromkreis

6.5.1 Widerstand und Kondensator

6.5.2 Widerstand und Spule

6.5.3 Kondensator und Spule

6.5.4 Widerstand, Kondensator und Spule

6.6 Gemischte Schaltungen im Wechselstromkreis – Impedanzschaltungen

6.7 Resonanz im Wechselstromkreis

6.7.1 Begriff der Grenzfrequenz

6.7.2 Begriff der Resonanz und der Resonanzfrequenz

6.7.3 Reihenresonanzkreis

6.7.3.0 Einführung

6.7.3.1 Idealer Reihenresonanzkreis

6.7.3.2 Realer Reihenresonanzkreis

6.7.4 Parallelresonanzkreis

6.7.4.0 Einführung

6.7.4.1 Idealer Parallelresonanzkreis

6.7.4.2 Realer Parallelresonanzkreis

6.8 Impedanzschaltungen und das Verhalten bei variablen Frequenzen – Ortskurven

6.8.0 Einführung

6.8.1 Ortskurven von Reihenschaltungen

6.8.2 Ortskurven von Parallelschaltungen

6.8.3 Ortskurve einer gemischten Impedanzschaltung

6.9 Elektrische Arbeit und elektrische Leistung im Wechselstromkreis

6.9.1 Leistung im Wechselstromkreis

6.9.1.0 Einführung

6.9.1.1 Wirkleistung

6.9.1.2 Blindleistung

6.9.1.3 Wirk-, Blind- und Scheinleistung im Wechselstromkreis

6.9.2 Blindleistungskompensation oder Leistungsfaktorverbesserung

6.9.3 Arbeit im Wechselstromkreis

7 Mehrphasenwechselspannung –– Mehrphasenwechselstrom (Drehstrom)

7.1 Erzeugung von Mehrphasenwechselspannung

7.2 Dreiphasenwechselspannung

7.2.1 Spannungserzeuger in Sternschaltung

7.2.2 Spannungserzeuger in Dreieckschaltung

7.2.3 Verbraucher in Sternschaltung

7.2.4 Verbraucher in Dreieckschaltung

7.3 Spannungsnetze – öffentliche Netze

8 Lineare technische Widerstände

8.0 Einleitung

8.1 Bauarten technischer Widerstände

8.1.0 Einführung

8.1.1 Festwiderstände

8.1.1.0 Einführung

8.1.1.1 Schichtwiderstände

8.1.1.2 Drahtwiderstände

8.1.2 Stellbare Widerstände (Potenziometer)

8.1.2.0 Einführung

8.1.2.1 Schichtpotenziometer

8.1.2.2 Drahtpotenziometer

8.2 Daten und Normen technischer Widerstände

8.2.1 Technische Daten

8.2.2 Normung

8.2.2.1 Normung der Widerstandswerte

8.2.2.2 Normung der Kennzeichnung

9 Technische Kondensatoren

9.1 Bauarten technischer Kondensatoren

9.1.0 Einführung

9.1.1 Wickelkondensatoren

9.1.1.0 Einführung

9.1.1.1 MP-Kondensatoren

9.1.1.2 MK-Kondensatoren

9.1.2 Keramikkondensatoren

9.1.3 Elektrolytkondensatoren

9.1.3.0 Einführung

9.1.3.1 Aluminium-Elektrolytkondensatoren

9.1.3.2 Tantal-Elektrolytkondensatoren

9.1.4 Stellbare Kondensatoren (Drehko)

9.2 Daten und Normen technischer Kondensatoren

9.2.1 Technische Daten

9.2.2 Normung

9.2.2.1 Normung der Kapazitätswerte

9.2.2.2 Normung der Kennzeichnung

10 Technische Spulen

10.1 Bauarten technischer Spulen

10.1.0 Einführung

10.1.1 Luftspulen

10.1.2 Spulen mit Kernen aus magnetischem Werkstoff

10.2 Daten technischer Spulen

Lösungen

Literaturverzeichnis

Sachwortverzeichnis