3.2. Wichtige Definitionen, Gesetze und Formeln der Elektrotechnik history menue Letztmalig dran rumgefummelt: 15.01.10 22:09:22

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:

  • der Wärmewirkung

  • der Lichtwirkung

  • der Wirkung durch magnetische Felder (daraus kann auch Bewegung „erzeugt“ werden).

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.
Ohne Elektroenergie wäre eine moderne Wirtschaft undenkbar, ihre Bedeutung wird schon dadurch deutlich, dass es einen Minister für Energiewirtschaft gibt.

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

  • Elektroenergie kann leicht in andere Energiearten „umgewandelt“ werden (Licht, Wärme, Bewegung), das macht sie für unsere Wirtschaft so bedeutungsvoll

  • ist umweltfreundlich (zumindest beim Verbraucher) und sofort verfügbar

  • Nutzung ist geräuschlos oder sehr leise, ohne Abgase  (so versucht man auch nur deshalb, Autos mit Elektroenergie zu betreiben!)

  • kein Nachtanken erforderlich, überall (wo die Anlagen installiert sind!!!) verfügbar

Die Nachteile des Elektrischen Stromes

  • Elektroenergie kann man nur schwer „aufbewahren“

  • Elektroenergie ist oberhalb von 45 Volt bereits gefährlich - aufwendiges und teures Schutz- und Isolationssystem

  • Elektroenergie ist heute in wirtschaftlich bedeutsamen Dimensionen umweltfreundlich nicht zu „gewinnen“

  • sehr teures Energieübertragungssystem

  • hohe Energieübertragungsverluste

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.

1. Historisches zur Elektrotechnik
2. Das Ohm'sche Gesetz
3. Leistungsberechnung
4. Kirchhoff'sche Gesetze - Maschendreisätze
5. Gesetze der HF-Technik
6. Kleine Formalsammlung

die Elektronikseiten

Logo für wichtige Gesetze und Formeln der Elektrotechnik/Elektronik

begrenzt verwendbar - selbst aufpassen, ab welcher Stelle es Blödsinn wird ;-)

Wissen für Fortgeschrittene der Informatik

Informatik-Profi-Wissen

hier gibt's irgendwann meine Formelsammlung ;-)
viele Gesetze der elektrischen Schaltungstechnik lassen einen unmittelbaren Blick auf die lange und  erfolgreiche Geschichte der Elektrotechnik/Elektronik zu

1. Historisches zur Elektrotechnik history menue scroll up
Auch nicht das geringste Verständnis für die komplexe Elektronik ist möglich, ohne das mir ihre Wurzeln sowie ihr "... arger Weg der Erkenntnis" gegenwärtig sind
Thales von Milet - erkennt elektrostatische Effekte und prägt den Begriff der Elektrotechnik electra - Bernstein
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!!!)
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)
Hans Christian Oerstedt - findet die Auslenkung von Kompassnadeln in der Nähe stromführender elektrischer Leitungen
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))
André Marie Amperé - stellt Berechnungsformeln auf, nach denen die Auslenkung zweier entgegengesetzt stromführenden Leitungen berechnet werden kann
Georg Simon Ohm - findet das „Ohm'sche Gesetz“ - Berechnungsmöglichkeit des Widerstandes aus den beiden Grundgrößen der Elektrotechnik
Michael Faraday - Beschreibung des Induktionsgesetzes
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
 Nicola Tesla - findet heraus, dass die Erde ein hervorragender elektrischer Leiter ist, wenn man mit hinreichend großen und Wechselspannungen arbeitet
Karl Ferdinand Braun - erfindet die erste Elektronenröhre
Guglielmo Marchese Marconi - gilt gemeinsam mit Popow als der Erfinder des Radios im Jahre 1912
Manfred von Ardenne - erfindet 1931 das bis heute genutzte Zeilensprung-Verfahren für das Fernsehen.

2. Das Ohm'sche Gesetz history menue scroll up
 

der Widerstand R ist eine Konstante, vergrößert sich die Spannung U, so vergrößert sich direkt proportional auch der Strom
ein Gartenschlauch ist ein gutes Modell zur Veranschaulichung: der Durchmesser (Widerstand) ist konstant, steigt der Wasserdruck (die Spannung, so vergrößert sich der Durchfluss (Strom)
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

Dabei sind die 0,5V der Standardspannungsabfall über Silizium-Bauelementen und die 240 Ohm ergeben sich als nächste Näherung zu einem Standard-Bauelement


3. Leistungsberechnung - Leistungsumsatz history menue scroll up
 
Leistung wird in der Elektronik noch immer direkt in Wärme umgesetzt und ist damit ein Hauptproblem bei der Bauelemente-Verbesserung
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
das erklärt, warum man versucht, bei Prozessoren die Spannung klein zu halten

4. Kirchhoff'sche Gesetze history menue scroll up
 
 
 
 
 

5. HF-Technik history menue scroll up

 
 
 
 
 


6. Kleine Formelsammlung history menue scroll up

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 ;-)

Mathe -Grundlagen

Physik -Grundlagen Chemie -Grundlagen

Mathematische Formeln - Teil I

Physikische Formeln - Teil I

Chemische Formeln - Teil I

Mathematische Formeln - Teil II

Physikische Formeln - Teil II

Chemische Formeln - Teil II



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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

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