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2012 | Book

Das elektrische Feld Read chapter Read first chapter

Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 2

Elektromagnetische Felder und ihre Anwendungen

Authors: Steffen Paul, Reinhold Paul

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Book Series : Springer-Lehrbuch

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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About this book

Diese 3bändige Einführung in die Elektrotechnik und Elektronik wendet sich speziell an Studierende in Bachelor- und Master-Studiengängen. Sie hilft, die Elektrotechnik als ein Gesamtgebiet zu begreifen, das nach einheitlichen Prinzipien beschrieben werden kann.

Band 1 behandelt stationäre Vorgänge in elektrischen Netzwerken, Verfahren der Netzwerkberechnung sowie Methoden der Schaltungssimulation mit verschiedenen Werkzeugen.

Band 2 umfasst elektrische Erscheinungen in räumlichen Leitern und Nichtleitern, die Grundgesetze des Strömungsfeldes sowie des elektrostatischen und magnetischen Feldes einschließlich der Induktion. Der Bezug zwischen elektromagnetischen Feldern und konzentrierten Bauelementen wird hergestellt. Es werden Energie und Kraftwirkung in elektromagnetischen Feldern diskutiert, insbesondere der Zusammenhang zwischen Feld- und mechanischer Energie. Die wachsende Bedeutung der Mechatronik findet ihren Niederschlag in der gemeinsamen Modellierung und Beschreibung mechanischer und elektrischer Systeme. Grundideen dazu werden vorgestellt.

Band 3 beinhaltet zeitveränderliche Vorgänge, insbesondere die Wechselstromrechnung.

Table of Contents

Frontmatter
1. Das elektrische Feld
Zusammenfassung
Lernziel Nach der Durcharbeitung dieses Kapitels sollen beherrscht werden:
- grundlegende Feldbegriffe der Skalar- und Vektorfelder,
- die Merkmale des elektrischen Feldes: Feldstärke, Potenzial und Spannung, Feldursachen und Feldüberlagerung,
- das Strömungsfeld, Unterschied zwischen Strom und Stromdichte,
- Leitungsvorgänge in Strömungsfeldern (Leiter, Halbleiter, Elektrolyt),
- Aufbau und Wirkungsweise elektrochemischer Spannungsquellen,
- die Stromleitung im Vakuum und in Gasen mit typischen Anwendungen,
- die Begriffe Verschiebungsflussdichte und Verschiebungsfluss,
- dielektrische Feldgrößen und dielektrische Eigenschaften der Materie,
- das Influenzprinzip,
- das Feldverhalten an der Grenze verschiedener Dielektrika,
- der Kapazitätsbegriff und die Strom-Spannungsbeziehung des Kondensators,
- der Verschiebungsstrom,
- die Vorgänge an einer Metall-Isolatorgrenzschicht und ihre Anwendungen,
- der Feldeffekt und der MOS-Feldeffekttransistor als Modell eines nichtlinearen, feldgesteuerten Strömungsfeldes.
Steffen Paul
2. Das elektrostatische Feld, elektrische Erscheinungen in Nichtleitern
Zusammenfassung
Lernziel Nach der Durcharbeitung des Kapitels sollte der Leser in der Lage sein,
- das Influenzprinzip zu erläutern,
- die Verschiebungsflussdichte und den Verschiebungsfluss zu erklären,
- die dielektrischen Eigenschaften der Materie zu beschreiben,
- die Feldgrößen des Dielektrikums anzugeben,
- das Feldverhalten zwischen verschiedenen Dielektrika zu beschreiben,
- die Vorgänge im Plattenkondensator und den Kapazitätsbegriff zu erklären,
- die Strom-Spannungs-Beziehung des Kondensators anzugeben, den Begriff Verschiebungsstrom zu erläutern.
Steffen Paul
3. Das magnetische Feld
Zusammenfassung
Lernziel Nach der Durcharbeitung dieses Kapitels soll der Leser in der Lage sein
- die grundsätzlichen Erscheinungen des Magnetfeldes zu erläutern,
- Grundbegriffe und Größen des magnetischen Feldes anzugeben,
- typische Feldbilder und den Unterschied zum elektrischen Feld zu erklären,
- die magnetische Flussdichte B zu erläutern,
- den Durchflutungssatz an Beispielen zu erläutern,
- das Gesetz von Biot-Savart auf einfache Leiteranordnungen anzuwenden,
- die Magnetisierungskurve zu erklären,
- das Verhalten der magnetischen Feldgrößen an Grenzflächen zu kennen,
- den magnetischen Kreis und sein Ersatzschaltbild anzugeben,
- den Dauermagneten und seinen Einsatz zu beschreiben,
- die Verkopplung zwischen magnetischem Fluss und Strom als Induktivität zu verstehen und Selbst- und Gegeninduktion zu erklären,
- das Induktionsgesetz und seine Wirkungen zu erläutern,
- die Lenzsche Regel an Beispielen zu erklären,
- die induzierte Spannung in einfachen Anordnungen zu berechnen,
- die Strom-Spannungs-Beziehungen der Selbstinduktion und gekoppelter Spulen anzugeben,
- das Grundprinzip des Transformators zu veranschaulichen.
Steffen Paul
4. Energie und Leistung elektromagnetischer Erscheinungen
Zusammenfassung
Lernziel Nach der Durcharbeitung des Kapitels sollen beherrscht werden
- die Begriffe Energie und Energieumformung sowie Leistungs- und Energiedichte,
- der Leistungsumsatz im Strömungsfeld,
- die Speicherenergie und Energiedichte im elektrostatischen und magnetischen Feld,
- der Begriff Energieströmung als Folge des Energieerhaltungssatzes,
- die Energiestromdichte (Poyntingscher Vektor) und die anschauliche Erklärung,
- der Energietransport zwischen Quelle und Verbraucher mit dem elektromagnetischen Feld als Energieträger,
- die Kraftwirkung des elektrostatischen Feldes und ihre Anwendungen,
- die Kraftwirkung des magnetischen Feldes und ihre Anwendungen.
Steffen Paul
5. Elektromechanische Aktoren
Zusammenfassung
Lernziel Nach der Durcharbeitung des Kapitels sollte der Leser in der Lage sein,
- die Wandlung elektromagnetischer Energie in mechanische Energieformen und umgekehrt zu erläutern,
- das Grundprinzip des Motors und Generators zu beschreiben,
- die wesentlichen Motorarten mit ihren Eigenschaften und Besonderheiten anzugeben.
Steffen Paul
6. Analogien zwischen elektrischen und nichtelektrischen Systemen
Zusammenfassung
Lernziel Nach Durcharbeit des Kapitels sollte der Leser in der Lage sein
- den Netzwerkbegriff auf nichtelektrische Systeme zu erweitern
- verschiedene Zuordnungen von elektrischen zu nichtelektrischen Größen anzugeben,
- für ein nichtelektrisches System ein elektrisches Ersatzschaltbild herzuleiten,
- Verbraucher und Energiespeicher in verschiedenen physikalischen Systemen zu charakterisieren,
- das Prinzip des Wandlers zu erklären,
- die Beschreibung von Wandlern mit Bezug zur Zweitortheorie zu diskutieren,
- den Energietransport in Wandlern zu beschreiben,
- Kontinuitäts- und Kompatibilitätsgleichungen aufzustellen.
Steffen Paul
Backmatter
Metadata
Title
Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 2
Authors
Steffen Paul
Reinhold Paul
Copyright Year
2012
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-642-24157-4
Print ISBN
978-3-642-24156-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-24157-4