Elektrizitätslehre 1FS EGUB
1-Grundlagen Elektrizitätslehre
1-Grundlagen Elektrizitätslehre
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Cartes-fiches
Definition: "elektrische Spannung"
Die elektrische Spannung (Formelzeichen U) einer Stromquelle gibt an, welche Energiemenge W pro Ladungseinheit Q durch die Elektronenbewegung in einem äußeren Stromkreis umgesetzt wird. Es gilt: U=W/Q (dim U = Nm/As)
Wie groß ist die Leitfähigkeit des Quecksilbers gegenüber Kupfer oder Silber in %
2%
Wovon ist die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiter sehr stark abhängig?
Die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiter ist sehr stark temperaturabhängig.
Welche Wirkung des elelktrischen Stromes wird in den Drehspulinstrumenten zur Messung der Stromstärke ausgenutzt?
Bei der Messung der Stromstärke mit einem Drehspulinstrument wird "die magnetische Wirkung" des elektrischen Stromes ausgenutzt.
Was wird bei der Messung der Stromstärke gemessen? Wie lautet die Formel, die dieses Verhältnis wiedergibt?
Bei der Messung der Stromstärke wird festgestellt, wie groß die Ladungsmenge Q ist, die während einer bestimmten Zeit T durch den Querschnitt einer beliebigen Stelle des Kabels strömt. I=Q/T dim. I=As/s=A
Was ist Elektrische Spannung U? (V.F4)
a) Zustand zwischen zwei elektrischen Ladungen entweder unterschiedlichen Betrages oder unterschiedlicher Polarität.
b) ist Urache für das Zustandekommen elektrischen Stroms. Sie kann nur zwischen zwei elektrischen Polen bestehen.
- Geräte die die Ladungstrennung verursachen, nennt man Spannungserzeuger oder Generatoren.
- Formelzeichen U bzw. u(t)
- Einheit = 1V = 1Volt
-Definition: u=dw/dq
-Energie w, die zur Trennung der Ladung q erforderlich ist.
Nenne die zwei Spannungsarten, die Bedeutung deren Abkürzung und Erzeugungsbeispiele. Beschreibe die Graphische Darstellung der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit.
a) Gleichspannung UDC (direct current). Erzeugung in
- Photovoltaikanlagen
- Batterie
- Brennstoffzelle
Graph: konst. Fkt.
b) Wechselspannung UAC (alternating current). Erzeugung durch Energieversorgungsunternehmen.
Graph: sinusfkt. mit T=1/f bzw. f=1/T=Hz > 1Hz = 1s-1
Wie groß ist die Europafrequenz der öffentlichen Netzspannung?
f=50Hz, T=20ms
Was ist Nennspannung?
Nennspannung ist die jenige Spannung nach der Betriebsmittel benannt ist und auf die bestimmte Betriebseigenschaften bezogen werden.
Überschreitung bedeutet Überlastung durch Überwärmung und Isolationszerstörung (+/-5%)
Eine Mischspannung ist...
...
- pulsierende Gleichspannung
- erzeugt durch Einsatz von Dioden (Halbleiterbauelement) z.B.Gleichrichter.
Graph: nur positive Werte einer Sinusfkt./Cosfkt.
Nenne einen Einsatzgebiet von Gleichrichtern
Scbhweißgerät
Klassifizierung von Spannungen nach deren Betragshöhe
Zink- Kohle- Zelle (Batterie): 1.5 V
(Schutz)-Kleinspannung: 50VAC/120VDC
Niederspannung: < 1 kV
Mittelspannung: 6 - 30 kV
Hochspannung: 60 - 132 kV
Röntgen/Blitz: einige MV
In welchen Spannungserzeugungsanlagen werde Spannungsquellen in Reihe geschalten?
In bspw. Photovoltaikanlagen
Elektrischer Strom (Stromstärke) I ist ...
... Bewegung elektrischer Ladungsträger.
Stromstärke I ist die Anzahl der Ladungsträger Q, die durch einen bestimmten Querschnitt eines Leiters in der Zeit t fließt.
Definition: I = Q/t bzw. i = dq/dt (dim. I = 1A = 1 Ampere)
Ursache für die Bewegung elektrischer Ladungsträger ist ...
... die Wirkung elektrischer Spannung auf elektrische Ladungen
... mechanischer Ladungstransport z.B. in Fl
Ursache für die Bewegung elektrischer Ladungsträger ist ...
... die Wirkung elektrischer Spannung auf elektrische Ladungen
... mechanischer Ladungstransport z.B. in Fl
Ein Ampere fließt, wenn ...
je Sekunde 6,24 E 18 Elementarladungen (e=0,162 E -18 C) durch den Leiterquerschnitt fließen.
Stromdichte S
- Stromdichte / Volumenstrom, S = I/A dim.S=A/mm2
- je größer die Stromdichte, desto stärker wird der Leiter erwärmt.
Eigenschaften des Stromes
-Thermische Wirkung
-Magnetische Wirkung
-Chemische Wirkung
-Physiologische Wirkung
Thermische Wirkung des Stromes
Die bewegten freien Ladungsträger treten bei der Durchströmung des Materials mit anderen Kristallgitterbausteinen in Wechselwirkung (Wärme-Joulsche Wärme)
z.B Absicherung, el.Öfen
Magnetische Wirkung des Stromes
Jeder von einem Strom durchflossene Leiter ist von einem Magnetfeld umgeben.
z.B. Trafo, Motor, Generator
Nennstrom ...
Nenstrom IN ist der Strom, den eine elektrische Anlage im Dauerbetrieb aushält
Übliche Stromstärken:
- 1mA ... 10A Fernmeldetechnik
- 100mA ... 50A Elektrogeräte im Haushalt und Werkstatt
- 100A ... 10kA Energieübertragung
- bis ca. 200kA
André-Marie Ampère 1775-1836 franz. Physiker und Mathematiker
Elektrische Leistung P
p=dw/dt -> p(t)=u(t)*i(t)
dim. p = 1Watt = 1V*1A
el.Arbeit
w = inegr. p(t) dt
W=U*I*t dim. w = 1J = 1Ws
Widerstand R
R (Resistanz)
(statischer) el. Widerstand: R=U/I
differentieller (dyn.) Widerstand: r=dt/di
dim. R = 1Ohm = 1V/1A
Einheit und Formelzeichen des spez. Widerstandes
dim. ρ=Ω · m2/m
Nach wem wurde die Einheit des R bedannt?
Ohm - nach Georg Simon Ohm (dt.Physiker)
1789-1854
Konduktanz
Konduktanz/Wirkleitwert/Elektrischer Leitwert G
G=1/R=1/U
G=γ*A/l
dim. G= 1S = 1Siemens = 1V/1A
spez. Widerstand
R=ρ*1/A=1/γ*A
ρ und γ bei 20°C
Das Maß für die Temperaturabhängigkeit von Widerständen ...
... ist der spezifische Temperaturkoeffizient α auch TK-Wert genannt- mit der Einheit 1/K. Er gibt die prozentuale Änderung eines Widerstandes je Grad Temperaturänderung an.
-nimmt bei Kaltleitern zu. Z.B Metalle: α =+ 4E-3 1/K (positiv)
-nimmt bei Heißleitern ab. Z.B. Elektrolyte und Halbleiter (α ... negativ)
-spezielle Legierungen α = 0 z.B. konstant Kupfer-, Nickel, Manganlegierung, α=10E-5 1/K
Formel für RΘ
RΘ=R0(1+α*ΔΘ)
