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2008 | Buch

Das elektrische Feld Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Elektrotechnik und Elektronik

für Maschinenbauer und Verfahrenstechniker

verfasst von: Prof. Dr.-Ing. Rudolf Busch

Verlag: Vieweg+Teubner

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Das Buch wendet sich an alle, für die in Studium oder Beruf Kenntnisse der Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik sowie ihrer Anwendungen notwendig sind. Der Stoff entspricht etwa den Anforderungen, die heute an eine moderne Ingenieurausbildung, bei der Elektrotechnik nicht das Hauptfach bildet, gestellt werden. Das Buch ist auch für Studierende der Elektrotechnik in den Anfangssemestern geeignet. Vorkenntnisse in Physik und Mathematik sind im Rahmen dessen wünschenswert, was in nat- und ingenieurwissenschaftlichen Studienrichtungen an Universitäten, Technischen Hochschulen und Fachhochschulen im ersten Studienjahr geboten wird. Die den Hauptabschnitten nachgestellten Übungsaufgaben sind bezüglich ihres Schwierigkei- grades dem Leserkreis angemessen. Ihre Lösungen werden am Ende des Buches angegeben. Sie sollen dazu dienen, den Stoff zu vertiefen und die Kenntnisse zu erweitern. Bei meinem wissenschaftlichen Mitarbeiter, Herrn Dipl.-Ing. Sven Hilfert, möchte ich mich für die wertvolle Hilfe bei der computergestützten Erstellung der Bilder und beim Durchrechnen der Übungsaufgaben bedanken. Weiterhin gilt mein Dank Herrn Dr. Jens Schlembach vom Teubner- Verlag für die gute Zusammenarbeit, den im Text genannten Firmen für die Überlassung von Bildmaterial und meinen ehemaligen Magdeburger Kollegen für die Beisteuerung einiger Übungsaufgaben. Schließlich bedanke ich mich bei meiner Frau Ingrid für viele Hinweise und tatkräftige Unterstützung beim Korrekturlesen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Grundlagen der Elektrotechnik

1. Das elektrische Feld
Auszug
Von einem Feld sprechen wir in der Physik immer dann, wenn irgendeine physikalische Größe bezüglich ihrer räumlichen Verteilung betrachtet wird. Beispielsweise existiert in jedem Raum ein so genanntes Temperaturfeld, welches durch die Angabe der Temperatur in den verschiedenen Punkten des Raumes quantitativ bestimmt werden kann. In jedem Raum findet aber auch aus den verschiedensten Gründen eine Luftströmung statt und es wäre möglich, auch diese, beispielsweise durch die Angabe der Geschwindigkeit der Luftteilchenströmung in den jeweiligen Raumpunkten, zu bestimmen. Auf diese Weise würden wir ein so genanntes Strömungsfeld erhalten.
2. Das magnetische Feld
Auszug
Wir alle erinnern uns an das aus der Schule bekannte Experiment mit den sich auf einem Blatt Papier ausrichtenden Eisenfeilspänen, wenn sich unter diesem Papier ein Magnet befindet (s. Bild 2.1). Durch die strenge Anordnung der Eisenfeilspäne wird um den Magneten herum ein Raumzustand erkennbar, in dem Kraftwirkungen auftreten und der das magnetische Feld darstellt. Die Intensität dieses Feldes ist offensichtlich an den Enden des Stabmagneten am größten. Diese Enden heißen deshalb Pole des Magneten.
3. Die passiven Bauelemente der Elektrotechnik
Auszug
Wir wollen hier einen sehr kurzen Abschnitt zusammenfassenden Charakters einfügen, der sich sowohl auf den Abschnitt 1 als auch auf den Abschnitt 2 bezieht.
4. Berechnung von Stromkreisen bei Gleichstrom
Auszug
Ein unverzweigter Stromkreis besitzt keine Knotenpunkte. Alle Elemente, Spannungsquellen und Verbraucherwiderstände, sind in Reihe geschaltet.
5. Berechnung von Stromkreisen bei Wechselstrom
Auszug
Die Funktionsweise des Wechselstromgenerators haben wir bereits bei den Anwendungsbeispielen zum Induktionsgesetz im Abschnitt 2.5.2 beschrieben (s. Bild 2.25). Wir wollen den Bewegungsvorgang der Leiterschleife hier etwas genauer unter die Lupe nehmen. Dazu betrachten wir Bild 5.1, welches die zwischen den Polen des Magneten rotierende Leiterschleife der Fläche A in schematisierter Form und in verschiedenen Phasen der Bewegung darstellt. Wir erkennen deutlich, dass sich durch die Drehbewegung trotz konstanten Magnetflusses und konstanter Magnetflussdichte der die Leiterschleife durchsetzende Teilfluss ändert (s. die punktiert gezeichneten Feldlinien), wodurch in ihr eine Spannung induziert wird. Der Teilfluss hängt von der Lage der Vektoren \( \vec B \) und \( \vec A \) zueinander ab.
6. Ausgleichsvorgänge in Stromkreisen
Auszug
In den Abschnitten vier und fünf über die Berechnung von Gleich- und Wechselstromkreisen haben wir stets den so genannten eingeschwungenen Zustand der Schaltung betrachtet. Die Parameter der Schaltung waren unverändert, die angelegte Spannung hatte einen festen Betrag sowie konstante Frequenz. Es stellte sich ein bestimmter Strom ein. Verändern wir schlagartig die Spannung, deren Frequenz oder Phasenlage oder aber die Schaltung selbst, stellt sich in der Folge auch ein anderer Strom im Netzwerk ein, der zu den veränderten Bedingungen gehört. Ihn können wir mit den neuen elektrischen Werten nach den uns jetzt bekannten Methoden berechnen. Zwischen diesen beiden eingeschwungenen Zuständen ergibt sich ein übergangsvorgang oder Ausgleichsvorgang, mit dem wir uns nun beschäftigen wollen.

Anwendungen der Elektrotechnik

7. Elektronik
Auszug
Die Elektronik ist ein spezielles Gebiet der Elektrotechnik. Sie hat sich aber in den letzten drei Jahrzehnten, insbesondere durch den Einfluss der Mikroelektronik, ziemlich verselbständigt und zwar so stark, dass sie oft vom Nichtfachmann als nahezu unabhängig von der klassischen Elektrotechnik angenommen wird, was natürlich nicht der Fall ist. Vielmehr ist die Elektronik eine Disziplin, die sich elektrotechnischer Grundprinzipien (Physikalische Grundlagen, Methoden der Schaltungsberechnung usw.) bedient und deshalb im Rahmen der Anwendung von Elektrotechnik gesehen werden muss, weshalb wir sie in diesem Teil B des vorliegenden Buches behandeln.
8. Elektrische Maschinen und Antriebe
Auszug
Elektrische Maschinen bestehen im Prinzip aus zwei Hauptteilen, die miteinander in Wechselwirkung treten. Führen diese Teile relativ zueinander eine (Rotations-) Bewegung aus, nennen wir sie rotierende, tun sie das nicht, nennen wir sie ruhende elektrische Maschinen.
9. Elektrische Energieversorgung
Auszug
Unter elektrischer Energieversorgung verstehen wir all das, was zur Erzeugung, übertragung und Verteilung elektrischer Energie gehört. Wir werden uns mit einigen wichtigen Problemen, die auf dem Weg des elektrischen Stromes vom Kraftwerksgenerator bis zum Endverbraucher auftreten, beschäftigen.
10. Elektrische Messtechnik
Auszug
Elektrische Messprinzipien sind in alle Gebiete der Technik eingedrungen. Das liegt daran, dass sie empfindlich und genau sind, dass sich elektrische Messwerte beliebig verstärken und über große Entfernungen relativ störunempfindlich übertragen lassen und dass man sie ohne größere Probleme verarbeiten kann. Besonders die Verarbeitung in einem Rechner, bei der der Messwert in elektrischer (digitaler) Form vorliegen muss, bietet bei einer großen Zahl von Messwerten die Möglichkeit, die in ihnen enthaltenen Informationen optimal auszuschöpfen und in komfortabler Weise zur Anzeige zu bringen.
Backmatter
Metadaten
Titel
Elektrotechnik und Elektronik
verfasst von
Prof. Dr.-Ing. Rudolf Busch
Copyright-Jahr
2008
Verlag
Vieweg+Teubner
Electronic ISBN
978-3-8348-9291-1
Print ISBN
978-3-8351-0248-4
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-8348-9291-1

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    Bildnachweise