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Erschienen in:
2017 | OriginalPaper | Buchkapitel
1. Grundlagen der Elektrotechnik
verfasst von : Andreas Böker
Erschienen in: Elektrotechnik für Gebäudetechnik und Maschinenbau
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
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Zusammenfassung
Zuerst werden die Grundlagen der Elektrotechnik ausgebreitet, um die nötigen Voraussetzungen zum Verständnis der Anwendungen bereitzustellen. Dieses erste Kapitel gliedert sich in drei Abschnitte. Das sind das elektrische Feld, der Gleichstrom und das magnetische Feld.
Der Ausgangspunkt für den ersten Abschnitt ist die elektrische Ladung mit der Coulombkraft. Damit werden statische elektrische Felder erklärt und ihre Ausbreitung in Materie wird charakterisiert. Es folgen die Definitionen des elektrischen Stromes und der elektrischen Spannung mit dem ohmschen Gesetz. Die Beschreibung des Kondensators mit seinen Eigenschaften schließt sich an.
Im Abschnitt Gleichstrom werden zunächst die elektrische Arbeit und Leistung definiert. Ihre Vorzeichen werden durch die Wahl eines Zählpfeilsystems festgelegt. Danach sind elektrische Widerstände, aktive Zweipole, Grundschaltungen von ohmschen Widerständen und die Kirchhoff’schen Gesetze das Thema. Zwei allgemeine Verfahren zur Berechnung von linearen Widerstands-Netzwerken runden den Abschnitt ab.
Beim Abschnitt über das Magnetfeld wird mit Feldlinienbildern und der Lorentzkraft gestartet. Es folgt das statische Durchflutungsgesetz und danach die Wechselwirkung von Magnetfeldern mit Materie. Die Werkstoffe können in Dia-, Para- und Ferromagnetika eingeteilt werden. Nach dem magnetischen Kreis wird anhand eines einfachen Beispiels das Induktionsgesetz hergeleitet. Das zeigt sich beim Transfomator- und Generatorprinzip sowie bei der Selbst- und Gegeninduktion. Zum Schluss kommen unerwünschte Effekte durch die Induktion zur Sprache.
Beim elektrischen Feld wird auf die dielektrische Verschiebung D und beim magnetischen Feld auf die magnetische Feldstärke H komplett verzichtet, da beide Größen redundant sind. Das ist insgesamt einfacher. Die Materialkonstanten ε
r und μ
r werden über die elektrische und magnetische Polarisation eingeführt. Auch diese beiden Größen sind redundant. Jedoch ist dieser Zugang anschaulich und erspart den abstrakten Formalismus der Maxwellgleichungen. Weitergehende Informationen dazu sind in [10] und [11] zu finden.