Elektrotechnik für Dummies

Dieses Buch erklärt Ihnen einfach und verständlich, was Sie im Studium über die Elektrotechnik unbedingt wissen sollten. Von einfachen elektrischen Stromkreisen über das ohmsche Gesetz bis hin zu magnetischen Feldern und den Grundlagen der Wechselstromtechnik ist alles vertreten. Schon bald werden Sie mit Widerstand, Kondensator und Kapazität, Spule und Induktion ganz selbstverständlich umgehen. Dank zahlreichen Beispielen und Schritt-für-Schritt-Rechnungen stellen Klausuren kein Problem mehr für Sie dar. Die nächste Prüfung kann also kommen.

Michael Felleisen ist Professor für Mess-, Steuer- und Regelungstechnik an der Hochschule Pforzheim. Er hat an der Universität Karlsruhe studiert, an der RWTH Aachen promoviert und mehrere Jahre als Ingenieur und Produktmanager bei Siemens und SAP gearbeitet.

Über den Autor 11 Danksagung 11 Einführung 23 Über dieses Buch 25 Konventionen in diesem Buch 26 Was Sie nicht lesenmüssen 26 Annahmen über Sie, den Leser  27 Wie dieses Buch aufgebaut ist 27 Teil I: Größen der Elektrotechnik und ihre Zusammenhänge 27 Teil II: Stromkreise und ihre Widerstände 28 Teil III: Elektrisches Feld und Kondensator 28 Teil IV: Magnetisches Feld und Spule 29 Teil V: Elektromagnetische Felder und der Gleichstrommotor 29 Teil VI: Grundlagen der Wechselstromtechnik 30 Teil VII: Der Top-Ten-Teil 30 Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 30 Wie es weitergeht 31 Teil I Größen Der Elektrotechnik Und Ihre Zusammenhänge 33 Kapitel 1 Die wesentlichen mathematischen Grundlagen 35 Physikalische Größen und deren Einheiten 35 Skalare und Vektoren zur Darstellung von Feldern 38 Aus zweimach eins: Vektoren addieren 40 Das Skalarprodukt verbindet Vektoren 41 Das Vektorprodukt mit dem Kreuz 42 Dreiecke und ihre Winkel 43 Ohne Schwingungen geht es nicht 44 An Ableitung und Integration führt kein Weg vorbei 45 Kapitel 2 Potz Blitz! Elektrisches Feld und Anwendungen der Elektrotechnik 49 Das elektrische Feld und sein Drumherum 49 Praktische Elektrotechnik im Alltag 51 Kapitel 3 Aus einer Ladung wird elektrischer Strom 55 Der elektrische Strom und sein Fluss 56 Ohne Spannungsquelle fließt kein Strom 57 Die Kraft, die alles zusammenhält 59 Kapitel 4 Wenn die Spannung keinen Widerstand hätte 63 Die Entstehung der elektrischen Spannung 64 Elektrischer Widerstand und dessen Leitwert 65 Temperaturabhängigkeit elektrischer Widerstände 68 Kapitel 5 Die Spannung ist Strom mal Widerstand 71 Das Ohmsche Gesetz 71 Muskelkater ade - elektrische Arbeit ersetzt Muskelkraft 73 Teil II Stromkreise Und Ihre Widerstände 77 Kapitel 6 Stecker rein - woher der Strom kommt 79 Bezüge und Richtungen - das Zählpfeilsystem 79 Das Innenleben der Steckdose 81 Kurzschlussfall RV = 0 83 Leerlauffall RV - - 84 Anpassung RV = Ri 84 Spannungs- und Stromquelle ideal gesehen 87 Kapitel 7 Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen 91 In Reih und Glied - die Reihenschaltung 91 Die Parallelschaltung 95 Kapitel 8 Ströme teilen und Spannungen fangen - die Kirchhoffschen Gesetze 99 Die Knotenregel 100 Die Maschenregel 100 Ein Cocktail aus Knoten und Maschen 102 Die erweiterte Reihenschaltung 102 Die erweiterte Parallelschaltung 105 Ein Rechenbeispiel zum Üben 108 Geteilte Spannungen im belasteten Spannungsteiler 111 Die Wheatstonesche Brückenschaltung 112 Teil III Elektrisches feld und kondensator 115 Kapitel 9 Von der Feldstärke zum Potenzial 117 Volle Ladung - die Wirkung des elektrischen Feldes 118 Feldstärke im homogenen Feld 119 Experimentelle Darstellung der elektrischen Feldstärke mithilfe des Plattenkondensators 121 Mathematische Herleitung der elektrischen Feldstärke 122 Feldstärke im inhomogenen Feld 123 Das Potenzial und der kleine, aber feine Unterschied 124 Kapitel 10 Der elektrische Fluss und seine Begleiter 127 Aus Influenz wird elektrischer Fluss 127 Die elektrische Flussdichte treibt an 128 Dielektrizitätskonstante und der Materialeinfluss 131 Kapitel 11 Berechnung elektrostatischer Felder 133 Feld der geladenen Kugel 133 1 Schritt: Ein Bild sagt mehr als tausend Worte 133 2 Schritt: Lösungsansatz (mathematisches Modell) 134 3 Schritt: Randbedingungen definieren 135 4 Schritt: Lösung 135 Feld in der Umgebung mehrerer Ladungen 137 1 Schritt: Skizze erstellen 138 2 Schritt: Berechnung der einzelnen Felder E1 und E2 138 3 Schritt: Lösung für das gesamte E-Feld im Punkt P 138 Feld eines langen, geraden Leiters 139 1 Schritt: Skizze erstellen139 2 Schritt: Lösungsansatz 139 3 Schritt: Randbedingungen 139 Kapitel 12 Die Kapazität des Kondensators 143 Definition der Kapazität 143 Die Kapazität des Plattenkondensators 144 1 Schritt: Skizze erstellen144 2 Schritt: Lösungsansatz 145 3 Schritt: Lösung über die Gleichung für die Kapazität 145 Die Kapazität des Kugelkondensators 147 1 Schritt: Skizze erstellen 147 2 Schritt: Berechnung der Kapazität 147 Die Kapazität des Zylinderkondensators 150 1 Schritt: Skizze erstellen150 2 Schritt: Lösungsansatz 150 Kondensatoren verschaltet 152 Parallel an der Spannungsquelle 152 In Reihe an der Spannungsquelle 153 Kapitel 13 Die Energie des elektrostatischen Feldes 157 Volle Scheunen - ein Kondensator wird aufgeladen 157 1 Schritt: Anwendung der Maschenregel 159 2 Schritt: Lösen der Differenzialgleichung 159 3 Schritt: k über Anfangsbedingungen bestimmen 161 4 Schritt: Ermitteln des Kennlinienverlaufs 161 5 Schritt: Dynamische Charakteristik 162 Der Kondensator entlädt sich wieder 163 Dann war da noch die Spannung am Widerstand... 164 Kapitel 14 Energiedichte und wirkende Kräfte im Kondensator 167 Energiedichte im elektrostatischen Feld 167 Kräfte zwischen Elektroden 169 Teil IV Magnetisches Feld Und Spule 171 Kapitel 15 Das Magnetfeld stromdurchflossener Leiter 173 Magnetische Grundformen 174 Der Stab unter den Magneten 174 Magnetfeld eines langen, stromdurchflossenen Leiters 174 Die Zylinderspule 175 Der Spezialist: Ringkern- oder Toroidspule 178 Kapitel 16 Magnetische Feldgrößen 179 Magnetische Feldstärke und Durchflutung 179 Vom magnetischen Fluss zur Flussdichte 182 Kapitel 17 Das Durchflutungsgesetz 187 Von der Umlaufspannung zur Durchflutung 187 Experimentelle Überprüfung des Durchflutungsgesetzes 190 Anwendungsbeispiel zum Durchflutungsgesetz 191 1 Schritt: Skizze erstellen191 2 Schritt: Lösungsansatz 192 3 Schritt: Randbedingungen definieren 192 4 Schritt: Lösung 193 Kapitel 18 Ohmsches Gesetz auch im Magnetismus 199 Kapitel 19 Volle Power - Kräfte im magnetischen Feld 203 Der stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld 203 Bewegte Ladung im Magnetfeld - die Lorentzkraft 207 Leiter ziehen sich an! 208 Kapitel 20 Induktionswirkung frei nach Faraday 211 Bewegte Leiter im Magnetfeld - Induktion durch Bewegung 211 Kapitel 21 Auch das noch: Selbstinduktion 215 Entstehung und Wirkung der Selbstinduktion 215 Induktivität von Eisenspulen und Permeabilität 217 Energie des magnetischen Feldes 218 Ähnliche Geschwister - Analogien des elektrischen und des magnetischen Feldes 218 Teil V Elektromagnetische Felder Und Der Gleichstrommotor 221 Kapitel 22 Bestens angetrieben - der Gleichstrommotor 223 Vom Geräteschema zum Ersatzschaltbild 223 Lorentz, mir graut vor dir - das Kraftgesetz 225 Ohne den Kommutator keine volle Umdrehung 227 Mit Höchstleistungen zum Wirkungsgrad 229 Wirkung des Induktionsgesetzes - Faraday sei Dank 230 Ersatzschaltbild des Gleichstrommotors 231 Elektrischer Teil des Motors 232 Mechanischer Teil des Motors 234 Kapitel 23 Bewegung erzeugt Antrieb 237 Kennwerte des Motors 237 Wirkungsgrad - des Motors 238 Drehmoment MA des Motors 239 Erregungsarten des Motors 242 Fallmir nicht zur Last! 243 Das Lastmoment ML des Lüfters 244 MM - n-Kennlinie des Gleichstrommotors 245 Der Arbeitspunkt 245 Teil VI Grundlagen Der Wechselstromtechnik 249 Kapitel 24 Auf und ab - sinusförmige Wechselgrößen 251 Von der Gleich- zur Wechselgröße 252 Erzeugung einer Wechselgröße 253 Kapitel 25 Kennwerte sinusförmiger Wechselgrößen 257 Amplitude, Augenblickswert und Frequenz 257 Wer kommt vor wem? Die Phasenverschiebung 259 Phasenverschiebung der Spule 260 Phasenverschiebung des Kondensators 262 Mittelwerte von Wechselgrößen 262 Gleichanteil 262 Gleichrichtwert 263 Effektivwert, quadratischer oder geometrischer Mittelwert 264 Kapitel 26 Zeigerdarstellung von Wechselgrößen 269 Vom Zeiger- zum Liniendiagramm 269 Kapitel 27 Grundschaltungen sinusförmiger Wechselgrößen 273 Der komplexe Widerstand 273 Ohmscher Widerstand im Wechselstromkreis 277 Inhaltsverzeichnis 21 Der induktive Blindwiderstand einer Spule  278 Der kapazitive Blindwiderstand des Kondensators 279 Vergleich der Grundschaltungen an Wechselstrom 281 Teil VII Der Top-Ten-Teil 285 Kapitel 28 Zehn wichtige Erfinder der Elektrotechnik 287 Die quantitative Elektrostatik 287 Teilchen beginnen zu wirken - CA de Coulomb 287 Strömung elektrischer Ladungen - der Gleichstrom 288 Froschschenkel und andere Kuriositäten - Luigi Galvani 288 Nerven und Muskeln enthalten Elektrizität - Alessandro Volta 288 Widerstand zwischen Spannung und Strom - GS Ohm 289 Die Tücken von Knoten und Maschen - GR Kirchhoff 290 Das Wunder des magnetischen Feldes 291 Die unheimliche Kraft des Stroms - HC Oersted 291 Elektrische Ströme und Magnetismus sind eins - M Faraday 292 Die Welt der wechselwirkenden Ströme 293 Die Messung des elektrischen Stroms - A-M Ampère 293 Vom dynamoelektrischen Prinzip zum Firmengründer - W von Siemens 294 Der Vater der Frequenzen - Heinrich Rudolf Hertz 295 Kapitel 29 Zehn technologische Fortschritte zum Einsatz der Energie 297 1 Segelfahrzeug am Strand von Holland 297 2 Naturwissenschaftliche Beschreibung durch die Mathematik 297 3 Kraft 297 4 Energie 298 5 Elektrizität 298 6 Volta-Säule 298 7 Es werde Licht! 298 8 Strahlende Chemie 298 9 Kernenergie und die Atombombe 299 10 Heute 299 Kapitel 30 Zehn Schritte zum Bau eines Radios 301 Ein funktionsfähiges Radio bauen 301 Kapitel 31 Meine zehn Lieblingsbücher zur Elektrotechnik 303 Anhang A: Lösungen der Aufgaben 305 Kapitel 3 305 Kapitel 4 306 Kapitel 5 307 Kapitel 7 308 Kapitel 8 311 Kapitel 11 314 Kapitel 12 316 Kapitel 17 319 Kapitel 18 320 Kapitel 21 320 Kapitel 23 322 Kapitel 25 326 Kapitel 27 327 Stichwortverzeichnis 331