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1984 | Buch | 11. Auflage

Einführung in die theoretische Elektrotechnik

verfasst von: Dr.-Ing. E. h. Karl Küpfmüller

herausgegeben von: Dr.-Ing. Georg Bosse

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

Jede technische Aufgabe kann im Prinzip durch Probieren gelöst werden, z.B. der Bau eines Elektromotors oder einer Verstärkerröhre oder einer Fernsprechver­ bindung. Erfüllt das erste Gerät nicht die gewünschten Bedingungen, ist z.B. die Leistung des Elektromotors nicht ausreichend oder zeigen sich irgendwelche anderen Mängel, dann wird man ein zweites Gerät herstellen und versuchen, durch Abän­ derungen diese Mängel zu beseitigen, und es ist wahrscheinlich, daß man bei Ver­ wertung der dabei gemachten Erfahrungen nach einer gewissen Anzahl von Ver­ suchen schließlich zu einem brauchbaren Gerät kommen wird. Dieses empirische Verfahren ist in der Tat das Verfahren, das in der Technik, besonders in der Anfangs­ zeit neuer Zweige der Technik, häufig angewendet wurde und noch angewendet wird. Offensichtlich erfordert es aber zumindest große Aufwendungen an Hilfsmitteln und an Zeit. Sie lassen sich um so mehr verringern, je genauer man die Vorgänge kennt, die sich in der betreffenden Einrichtung abspielen. Diese Kenntnis kann zwar grund­ sätzlich nur durch Erfahrung ermittelt werden; es ist jedoch möglich, auch ohne daß Erfahrungen mit der besonderen Einrichtung vorliegen, um deren Herstellung es sich handelt, Voraussagen über ihre Eigenschaften zu machen. Dazu dient die Theorie. Die Theorie bildet die Zusammenfassung der jeweils vorliegenden, durch Beob­ achtung und Messung gewonnenen Gesamterfahrungen, so daß diese auf möglichst viele Fälle übertragen werden können.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Einleitung
Zusammenfassung
Jede technische Aufgabe kann im Prinzip durch Probieren gelöst werden, z. B. der Bau eines Elektromotors oder einer Verstärkerröhre oder einer Fernsprechverbindung. Erfüllt das erste Gerät nicht die gewünschten Bedingungen, ist z. B. die Leistung des Elektromotors nicht ausreichend oder zeigen sich irgendwelche anderen Mängel, dann wird man ein zweites Gerät herstellen und versuchen, durch Abänderungen diese Mängel zu beseitigen, und es ist wahrscheinlich, daß man bei Verwertung der dabei gemachten Erfahrungen nach einer gewissen Anzahl von Versuchen schließlich zu einem brauchbaren Gerät kommen wird. Dieses empirische Verfahren ist in der Tat das Verfahren, das in der Technik, besonders in der Anfangs zeit neuer Zweige der Technik, häufig angewendet wurde und noch angewendet wird. Offensichtlich erfordert es aber zumindest große Aufwendungen an Hilfsmitteln und an Zeit. Sie lassen sich um so mehr verringern, je genauer man die Vorgänge kennt, die sich in der betreffenden Einrichtung abspielen. Diese Kenntnis kann zwar grundsätzlich nur durch Erfahrung ermittelt werden; es ist jedoch möglich, auch ohne daß Erfahrungen mit der besonderen Einrichtung vorliegen, um deren Herstellung es sich handelt, Voraussagen über ihre Eigenschaften zu machen. Dazu dient die Theorie.
Karl Küpfmüller
Erstes Kapitel. Der elektrische Strom
Zusammenfassung
Um physikalische Größen messen zu können, legt man Einheiten der betreffenden Größen fest. Die Wahl der Einheiten ist immer willkürlich. Die physikalischen Gesetze ermöglichen es aber, die Zahl der willkürlich festgesetzten Einheiten mit Hilfe der Beziehungen zwischen den verschiedenen Größen stark einzuschränken. So sind die Basiseinheiten entstanden, von denen die Einheiten der anderen Größen abgeleitet werden.
Karl Küpfmüller
Zweites Kapitel. Das elektrische Feld
Zusammenfassung
Ein stationäres elektrisches Feld ist dadurch gekennzeichnet, daß auf ruhende elektrische Ladungen zeitlich konstante mechanische Kräfte ausgeübt werden. Solche Kräfte treten immer auf, wenn zwischen beliebigen Punkten eines isolierenden Raumes konstante Spannungen aufrechterhalten werden. Insbesondere ergibt sich ein elektrostatisches Feld, wenn sich in dem isolierenden Raum nur ruhende Ladungen befinden, z. B. zwei oder mehrere elektrische Leiter (Elektroden), zwischen denen Potentialunterschiede bestehen, ohne daß elektrische Ströme fließen.
Karl Küpfmüller
Drittes Kapitel. Das magnetische Feld
Zusammenfassung
Wie mit dem Vorhandensein elektrischer Spannungen immer ein elektrisches Feld verbunden ist, so tritt immer ein magnetisches Feld auf, wenn elektrische Ströme fließen, wenn sich also elektrische Ladungen bewegen. Ein stationäres magnetisches Feld entsteht, wenn es sich um Gleichstrom handelt. Das magnetische Feld kann wie das elektrische durch Feldlinien veranschaulicht werden. Von dem Verlauf dieser Linien geben die bekannten Versuche mit Eisenspänen eine Vorstellung. Auf langgestreckte Eisenspäne oder auf Magnete werden im magnetischen Feld mechanische Kräfte ausgeübt, die die Eisenspäne in eine bestimmte Richtung zu drehen suchen. Dadurch wird die Feldlinienrichtung an jeder Stelle des Feldes definiert. Diese Feldlinien bezeichnet man hier als magnetische Induktionslinien oder als magnetische Feldlinien; sie veranschaulichen den magnetischen Induktionsfluß, der in Analogie zu dem Verschiebungsfluß im elektrischen Feld steht.
Karl Küpfmüller
Viertes Kapitel. Netzwerke
Zusammenfassung
Ein allgemeiner Stromkreis enthält Widerstände, Kapazitäten, Induktivitäten und Gegeninduktivitäten in irgendeiner Zusammensetzung. Die Abb. 36.1 veranschaulicht ein derartiges „Netzwerk“. Die Ströme werden hervorgerufen durch eine oder mehrere Quellen, deren Quellenspannungen zeitlich sinusförmigen Verlauf haben sollen (Sinusspannungen). Sind die Widerstände, Induktivitäten und Kapazitäten unabhängig von den Stromstärken, dann verlaufen im stationären Zustand auch alle Ströme in dem Netz zeitlich sinusförmig (Sinusströme). Bei einem konstanten Widerstand folgt dies aus dem Ohmschen Gesetz, bei Induktivitäten und Kapazitäten daraus, daß der Differentialquotient der Sinusfunktion wiederum eine Sinusfunktion ist. Ein Netz mit dieser Eigenschaft heißt lineares Netz. Zur Berechnung der unbekannten Ströme oder Spannungen in einem solchen Netz benutzt man zweckmäßig die komplexe Darstellung der Wechselstromzeiger. Die drei Grundelemente des allgemeinen Netzes sind in Abb. 36.2 mit ihren komplexen Widerstands symbolen dargestellt.
Karl Küpfmüller
Fünftes Kapitel. Leitungen und Kettenleiter
Zusammenfassung
Wirkt am Anfang einer Leitung, Abb. 39.1, eine Wechselspannung, so fließen in den Leitungsdrähten an jeder Stelle der Leitung Wechselströme, und es ergeben sich zwischen den beiden Leitungsdrähten an jeder Stelle der Leitung Wechselspannungen gleicher Frequenz. Wenn wir irgendeinen Abschnitt s der Leitung herausgreifen und diesen Abschnitt kurz genug machen, dann haben die Ströme in den beiden Leitungsdrähten innerhalb dieses Abschnittes in irgendeinem Zeitpunkt den gleichen Wert; ebenso hat die Spannung zwischen den beiden Drähten überall in diesem Abschnitt in irgendeinem Zeitpunkt einen bestimmten Wert. Mit dem Strom ist ein magnetisches Feld verbunden, mit der Spannung ein elektrisches Feld. Diese beiden Felder sind angenähert ebene Felder von der Art der in Abschnitt 11 und 26 betrachteten, wenn der Abstand der beiden Drähte hinreichend klein ist und der ohmsche Widerstand der Drähte nicht zu groß Dem kurzen Abschnitt s der Leitung kann man daher eine bestimmte Induktivität L s und eine bestimmte Kapazität C s zuschreiben, und man definiert den Induktionsbelag (Induktivität geteilt durch Länge) der Leitung durch die Beziehung
$${L}'=\frac{L_{s}}{s}$$
(1)
, den Kapazitätsbelag (Kapazität geteilt durch Länge) durch
$${C}'=\frac{C_{s}}{s}$$
(2)
.
Karl Küpfmüller
Sechstes Kapitel. Das rasch veränderliche elektromagnetische Feld
Zusammenfassung
In einem veränderlichen elektrischen Feld ist der Verschiebungsstrom nach Abschnitt 16 definiert als die Zunahme des Verschiebungsflusses geteilt durch die Zeit. Die Dichte des Verschiebungsstromes beträgt \(\frac{{\partial D}} {{\partial t}}\) und setzt sich mit der Leitungsstromdichte J in dem betreffenden Stoff zur Dichte J w des wahren Stromes zusammen, Gl. (16.9),
$$ J_w = J + \frac{{\partial D}} {{\partial t}}$$
(1)
.
Karl Küpfmüller
Siebentes Kapitel. Allgemeine Vorgänge in linearen Systemen
Zusammenfassung
Die mit dem magnetischen Feld der Ströme und dem elektrischen Feld der Spannungen verbundene Speicherung von Energie hat zur Folge, daß der Übergang von einem Zustand zu einem anderen nicht plötzlich vor sich gehen kann; dies würde unendlich hohe Leistungen erfordern. Der elektrische Zustand eines Netzes kann sich ändern, entweder wenn die Struktur des Netzes verändert wird, z. B. durch Schalter, oder wenn die treibenden Spannungen sich zeitlich verändern.
Karl Küpfmüller
Achtes Kapitel. Systeme mit nichtlinearen Elementen
Zusammenfassung
Wenn der Zusammenhang zwischen den Spannungen und Strömen durch gekrümmte Kurven dargestellt ist, so wird die Theorie der Ausgleichsvorgänge schon in den einfachsten Fällen außerordentlich kompliziert.
Karl Küpfmüller
Backmatter
Metadaten
Titel
Einführung in die theoretische Elektrotechnik
verfasst von
Dr.-Ing. E. h. Karl Küpfmüller
herausgegeben von
Dr.-Ing. Georg Bosse
Copyright-Jahr
1984
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-06886-1
Print ISBN
978-3-662-06887-8
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-06886-1