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E-Book

Grundlagen der Elektrotechnik 1

AutorWolf-Ewald Büttner
VerlagDe Gruyter Oldenbourg
Erscheinungsjahr2012
Seitenanzahl366 Seiten
ISBN9783486718683
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis34,95 EUR
Der überarbeitete erste Band des Werkes führt systematisch in die Berechnungsverfahren elektrischer Netzwerke sowie in elektrische und magnetische Felder ein. Im zweiten Band werden Wechselstrom, Ortskurven, Drehstrom, nichtsinusförmige periodische Größen und Schaltvorgänge thematisiert. Das Werk kombiniert Theorie und Praxis optimal: Beispiele aus dem Ingenieursalltag veranschaulichen die Grundlagen der Elektrotechnik anhand echter Anwendungen.

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis5
Vorwort11
1 Einleitung13
2 Grundbegriffe15
2.1 Elektrische Ladung15
2.2 Leiter und Nichtleiter16
2.3 Elektrischer Strom und Stromstärke17
2.4 Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger20
2.5 Stromdichte21
2.6 Energie22
2.7 Elektrisches Potenzial und elektrische Spannung23
2.8 Zählpfeilsysteme25
2.9 Elektrischer Widerstand27
2.9.1 Strom-Spannungs-Kennlinie28
2.9.2 Nichtlineare passive Zweipole31
2.9.3 Widerstandsberechnung eines Leiters35
2.9.4 Temperaturabhängigkeit des Widerstandes36
2.10 Elektrische Quelle40
2.10.1 Spannungsquelle40
2.10.2 Stromquelle44
2.11 Elektrische Energie und elektrische Leistung, Wirkungsgrad46
2.11.1 Elektrische Energie46
2.11.2 Elektrische Leistung47
2.11.3 Wirkungsgrad48
2.11.4 Leistungsanpassung49
3 Berechnung von Netzwerken53
3.1 Knoten- und Maschensatz53
3.1.1 Knotensatz53
3.1.2 Maschensatz54
3.2 Schaltung von ohmschen Widerständen56
3.2.1 Reihenschaltung56
3.2.2 Parallelschaltung58
3.2.3 Kombination von Reihen- und Parallelschaltungen60
3.2.4 Stern-Dreieck-Umwandlung70
3.2.5 Rekursives Berechnungsverfahren74
3.3 Reihen- und Parallelschaltung von Quellen75
3.3.1 Reihenschaltung75
3.3.2 Parallelschaltung77
3.4 Netzwerkberechnung mittels Knoten- und Maschensatz80
3.4.1 Aufstellen der Knoten- und Maschengleichungen81
3.4.2 Aufstellen und Lösen des Gleichungssystems84
3.5 Maschenstromverfahren86
3.5.1 Maschenstromverfahren bei Netzwerken ohne Stromquellen87
3.5.2 Maschenstromverfahren bei Netzwerken mit Stromquellen89
3.6 Knotenpotenzialverfahren91
3.6.1 Knotenpotenzialverfahren bei Netzwerken ohne Spannungsquellen92
3.6.2 Knotenpotenzialverfahren bei Netzwerken mit Spannungsquellen94
3.7 Überlagerungsverfahren99
3.8 Zweipoltheorie103
3.8.1 Lineare aktive und passive Ersatzzweipole103
3.8.2 Nichtlineare passive Ersatzzweipole107
3.8.3 Nichtlineare aktive Ersatzzweipole118
3.9 Vierpole119
3.9.1 Vierpolgleichungen121
3.9.2 Zusammenschaltung von Vierpolen123
4 Elektrisches Feld127
4.1 Grundbegriffe127
4.1.1 Ursache und Richtungssinn des elektrischen Feldes128
4.1.2 Elektrische Feldstärke und Spannung130
4.2 Elektrisches Strömungsfeld132
4.2.1 Feld der Stromdichte132
4.2.2 Homogenes elektrisches Strömungsfeld133
4.2.3 Inhomogenes elektrisches Strömungsfeld136
4.3 Elektrostatisches Feld138
4.3.1 Merkmale des elektrostatischen Feldes138
4.3.2 Elektrischer Verschiebungsfluss und elektrische Verschiebungsdichte142
4.3.3 Zusammenhang zwischen elektrischer Verschiebungsdichte und elektrischer Feldstärke144
4.3.4 Überlagerung von Potenzialfeldern146
4.3.5 Durchschlagfeldstärke149
4.4 Kapazitäten151
4.4.1 Definition der Kapazität151
4.4.2 Kapazitäten einiger Kondensatoren152
4.4.3 Leitungskapazitäten155
4.4.4 Nichtlineare Kapazität und Temperaturabhängigkeit157
4.5 Schaltung von Kondensatoren158
4.5.1 Parallelschaltung von Kondensatoren158
4.5.2 Reihenschaltung von Kondensatoren159
4.5.3 Gemischte Schaltung von Kondensatoren165
4.5.4 Geschichtete Dielektrika167
4.6 Energie und Kräfte im elektrostatischen Feld174
4.6.1 Energie im elektrostatischen Feld174
4.6.2 Kräfte im elektrostatischen Feld175
4.7 Schaltvorgänge im Gleichstromkreis177
4.7.1 Ladevorgang bei einer Kapazität177
4.7.2 Entladevorgang bei einer Kapazität183
4.7.3 Umladung bei Kapazitäten186
5 Stationäres magnetisches Feld191
5.1 Grundbegriffe191
5.1.1 Elektrische Durchflutung193
5.1.2 Magnetische Feldstärke194
5.1.3 Magnetische Spannung196
5.1.4 Magnetischer Widerstand und Leitwert197
5.1.5 Magnetischer Fluss und magnetische Flussdichte198
5.1.6 Analogie zwischen den elektrischen Feldern und dem magnetischen Feld199
5.1.7 Magnetische Ersatzschaltbilder200
5.2 Berechnung magnetischer Felder in nichtferromagnetischen Stoffen201
5.2.1 Feld eines geraden, langen Leiters mit kreisförmigem Querschnitt201
5.2.2 Feld eines geraden, langen Hohlleiters204
5.2.3 Feld einer langen Zylinderspule205
5.2.4 Feld einer Ringspule206
5.2.5 Feld einer geraden, langen Koaxialleitung208
5.2.6 Gesetz von Biot-Savart209
5.3 Überlagerung magnetischer Felder212
5.4 Berechnung magnetischer Felder in ferromagnetischen Stoffen217
5.4.1 Verhalten der Materie im magnetischen Feld217
5.4.2 Feldgrößen an Materialübergängen221
5.4.3 Magnetische Streuung224
5.4.4 Berechnung unverzweigter und verzweigter magnetischer Kreise225
5.4.5 Dauermagnetkreis241
6 Zeitlich veränderliches magnetisches Feld245
6.1 Induktionsgesetz245
6.1.1 Festlegung der Zählpfeile245
6.1.2 Verkettungsfluss246
6.1.3 Bewegter Leiter in einem magnetischen Feld247
6.1.4 Induktionsgesetz in allgemeiner Form251
6.1.5 Induzierte elektrische Feldstärke und Spannung253
6.1.6 Induktion durch Flächenänderung256
6.1.7 Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte265
6.1.8 Induktion durch Flächenänderung und zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte268
6.2 Selbstinduktion271
6.2.1 Induktivität273
6.2.2 Berechnung der Induktivität verschiedener Spulen und Leiteranordnungen274
6.2.3 Zweipoldarstellung einer Induktivität282
6.2.4 Zusammenschaltung von Induktivitäten283
6.3 Schaltvorgänge im Gleichstromkreis285
6.3.1 Kurzschließen einer stromdurchflossenen Induktivität285
6.3.2 Einschalten einer Induktivität288
6.3.3 Ausschalten einer Induktivität290
6.4 Magnetische Kopplung293
6.4.1 Gegenseitige Induktivität293
6.4.2 Kopplungsfaktor300
6.5 Wirbelströme302
6.6 Magnetische Energie und Hystereseverluste304
6.6.1 Magnetische Energie einer Induktivität304
6.6.2 Magnetische Energie gekoppelter Spulen306
6.6.3 Hystereseverluste308
6.7 Kräfte im magnetischen Feld310
6.7.1 Kräfte zwischen Polflächen310
6.7.2 Kräfte auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld313
6.7.3 Kräfte zwischen stromdurchflossenen, parallelen Leitern317
6.7.4 Kraft auf bewegte freie Ladungsträger319
7 Lösung der Aufgaben323
8 Weiterführende Literatur359
Stichwortverzeichnis361

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