3.2. Wichtige Definitionen, Gesetze und Formeln der Elektrotechnik |
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Letztmalig dran rumgefummelt: 15.01.10 22:09:22 |
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Elektrischen
Strom kann man nicht sehen (die ihn bewirkenden Teilchen - die Elektronen und
Ionen - sind dazu viel zu klein), man erkennt ihn aber an seinen Wirkungen:
Strom
muss
aus anderen „Energiequellen“ umgewandelt werden, dazu dienen Brennstoffe
(Kohle, Erdöl) in Wärmekraftwerken,
die Wasserkraft in Wasserkraftwerken,
die Kernenergie in Kernkraftwerken.
Neuerdings und in wachsendem Maße werden „selbstregenerierende
Energiearten“ (Wind, Sonnenenergie, selbst Bio-Energie) als Basis angewandt.
Energiegewinnung
durch chemische Reaktionen (Batterien) kann nur in geringem Maße technisch
eingesetzt werden, da sie sehr teuer und umweltbelastend ist. Das
kannst Du ausprobieren - zwinge Dich, nur einen Nachmittag kein Gerät, welches
Elektroenergie verbraucht,
zu benutzen - dies bewirkt nachhaltige Einsichten über die Vorzüge dieser
Energieart. Der
Begriff Elektrotechnik wird abgeleitet vom griechischen „electra“ -
Bernstein. Thales von Milet beschreibt als erster den Effekt der statischen
Aufladung von Bernsteinstückchen, welche nach Reiben an einem Wolltuch
elektrostatische Aufladung zeigen, und so jeden Körper, der nicht oder gar
entgegengesetzt aufgeladen ist, anziehen. Die
Vorzüge des Elektrischen Stromes
Die
Nachteile des Elektrischen Stromes
Wichtige
Begriffe der Elektrotechnik In
eckigen Klammern ist immer die Maßeinheit angegeben!
Spannung
- Formelzeichen: U:
Ist der „Druck“, mit dem die elektrisch geladenen Teilchen durch einen
elektrischen Leiter bewegt werden, wenn der Stromkreis geschlossen ist. Die
Spannung liegt auch dann an, wenn der Stromkreis nicht geschlossen ist. Gemessen
wird sie in Volt [V].
Strom
oder Stromstärke - Formelzeichen: I: Ist die
„Menge“, der elektrisch geladenen Teilchen, die in einer bestimmten Zeit
durch einen elektrischen Leiter fließt, wenn der Stromkreis geschlossen ist.
Der Strom fließt nur dann, wenn der Stromkreis geschlossen ist. Gemessen wird
er in Amperé
[A].
Widerstand
- Formelzeichen: R:
Ist das Maß für das „Nichtleiten“, der elektrisch geladenen Teilchen. Je
größer der Widerstand ist, desto weniger Strom fließt - ihm wird wörtlich
ein „Widerstand“ entgegen gesetzt. Gemessen
wird er in Ohm [
]
griech. OMEGA.
Verbraucher:
Ist eine technische Einrichtung, die einen Widerstand hat und Elektroenergie in
Wärme, Licht oder ein Magnetfeld umwandeln kann (Glühlampen, Heizwiderstände,
Elektromotoren, Hupen).
Kurzschluss:
liegt dann vor, wenn eine technische Einrichtung keinen oder nur einen zu
geringen Widerstand hat. Der fließende Strom kann dann gefährlich groß werden
- so groß, daß er Brände auslösen kann. Vor Kurzschluss
schützt man sich durch Sicherungen. Kurzschluss
wird zum Beispiel herbeigeführt, wenn sich zwei Drähte mit entgegengesetzter
Polung berühren.
Sicherung:
Ist eine elektrische Vorrichtung, die auf zu großen Strom mit dem Abschalten
der Anlage reagiert. Bekannt sind Dir Sicherungen aus dem Haushalt oder die
Thermosicherungen der Stromversorgungsgeräte aus dem Physikunterricht.
Sicherungen werden technisch verschieden ausgeführt: Im einfachsten Fall sind
es Schmelzsicherungen, die bei Überlastung durchbrennen, des
weiteren gibt es die sogenannten
„Sicherungsautomaten“, die auf die Größe des Magnetfeldes des „Überstromes“
ansprechen, und auch Thermosicherungen werden eingesetzt.
Masse:
Ist ein elektrisches Leitungsprinzip. So gibt es einen Hinleiter
(Draht, Kabel, Freilandleitungen), und ein leitfähiges Material (Stahlgehäuse,
Rahmen oder die Erde) wird als Rückleiter verwendet. Kontakt: Ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Anschlüssen. Man spricht von Wackelkontakten, wenn diese mitunter kurzeitig unterbrochen wird. |
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1. Historisches zur Elektrotechnik 2. Das Ohm'sche Gesetz 3. Leistungsberechnung 4. Kirchhoff'sche Gesetze - Maschendreisätze 5. Gesetze der HF-Technik 6. Kleine Formalsammlung |
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hier gibt's irgendwann meine Formelsammlung ;-) | |||||||
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viele Gesetze der elektrischen Schaltungstechnik lassen einen unmittelbaren Blick auf die lange und erfolgreiche Geschichte der Elektrotechnik/Elektronik zu |
1. Historisches zur Elektrotechnik |
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Auch nicht das geringste Verständnis für die komplexe Elektronik ist möglich, ohne das mir ihre Wurzeln sowie ihr "... arger Weg der Erkenntnis" gegenwärtig sind |
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Thales von Milet - erkennt elektrostatische Effekte und prägt den Begriff der Elektrotechnik electra - Bernstein |
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Otto von Guericke - entdeckt die Polarität der Elektroenergie und belegt die Pole mit „Plus“ und „Minus“ - leider falsch herum, so dass wir heute mit einer technischen und einer physikalischen Stromrichtung leben müssen (Der Strom fließt wirklich von Plus nach Minus!!!) |
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Luigi Galvani - experimentiert mit elektrischen Ladungen an toten Fröschen, die „... wieder Lebensanzeichen von sich gaben“. Er entdeckt die Effekte der Stoffübertragung durch elektrisch geladene Teilchen (Galvanisierung) |
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Hans Christian Oerstedt - findet die Auslenkung von Kompassnadeln in der Nähe stromführender elektrischer Leitungen |
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Alessandro Volta - baut die erste funktionstüchtige Batterie, welche in der Lage ist, Strom in der Größenordnung abzugeben, wie ihn die damals junge Wissenschaft „Elektrotechnik“ brauchte - die Volta'sche Säule (eine Anordnung von Zink- und Silberplatten (unedles und edles Metall)) |
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André Marie Amperé - stellt Berechnungsformeln auf, nach denen die Auslenkung zweier entgegengesetzt stromführenden Leitungen berechnet werden kann |
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Georg Simon Ohm - findet das „Ohm'sche Gesetz“ - Berechnungsmöglichkeit des Widerstandes aus den beiden Grundgrößen der Elektrotechnik |
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Michael Faraday - Beschreibung des Induktionsgesetzes |
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Werner von SiemeNs - beschreibt das „Elektrodynamische Prinzip“ - damit ist eine Stromerzeugung in ihrem Betrag nicht mehr an Permanentmagneten gebunden - sie kann theoretisch jeden Wert annehmen und ist nur noch Drehzahl- und Leitungsabhängig |
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Nicola Tesla - findet heraus, dass die Erde ein hervorragender elektrischer Leiter ist, wenn man mit hinreichend großen und Wechselspannungen arbeitet |
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Karl Ferdinand Braun - erfindet die erste Elektronenröhre |
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Guglielmo Marchese Marconi - gilt gemeinsam mit Popow als der Erfinder des Radios im Jahre 1912 |
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Manfred von Ardenne - erfindet 1931 das bis heute genutzte Zeilensprung-Verfahren für das Fernsehen. |
2. Das Ohm'sche Gesetz |
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der Widerstand R ist eine Konstante, vergrößert sich die Spannung U, so vergrößert sich direkt proportional auch der Strom |
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ein Gartenschlauch ist ein gutes Modell zur Veranschaulichung: der Durchmesser (Widerstand) ist konstant, steigt der Wasserdruck (die Spannung, so vergrößert sich der Durchfluss (Strom) |
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praktisch angewandt kann die Formel werden, um z. B. den Vorwiderstand
für eine LED zu berechnen, wenn gilt: Spannung: 5,25 V, maximaler
Durchlassstrom: 20 mA
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3. Leistungsberechnung - Leistungsumsatz |
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Leistung wird in der Elektronik noch immer direkt in Wärme umgesetzt und ist damit ein Hauptproblem bei der Bauelemente-Verbesserung |
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Der Leistungsumsatz eines Bauelements ist also bei weitem keine Konstante - er ergibt sich aus dem Produkt der abfallenden Spannung über dem Bauelement multipliziert mit dem Stromfluss |
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das erklärt, warum man versucht, bei Prozessoren die Spannung klein zu halten |
4. Kirchhoff'sche Gesetze |
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5. HF-Technik |
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6. Kleine Formelsammlung |
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Damit nicht immer alles an Berechnungen herausgesucht werden muss, steht alles zum Arbeiten wichtige hier. Es gibt noch eine vor reichlich 30 Jahren oft genutzte Formelsammlung - die reich' ich mir selbst eines schönen Tages wieder nach ;-) | |||||||||
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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha | © Frank Rost März 1995 |
... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus nicht mehr teilzunehmen ;-) „Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“ Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist |
Diese Seite wurde ohne Zusatz irgendwelcher Konversationsstoffe erstellt ;-) |