Böker 1


P. G.
Diese Lernkarten behandeln grundlegende Konzepte der Elektrotechnik auf Universitätsniveau, mit Fokus auf elektrische und magnetische Felder, Ladungen, Leiter, Kraftwirkungen und Kondensatoren. Sie erklären physikalische Gesetze wie das Durchflutungsgesetz, die Lorenzkraft und die Kirchhoffschen Gesetze, sowie die Berechnung von Widerständen und Kapazitäten. Ideal für Studierende der Elektrotechnik, die ein tiefes Verständnis der elektrodynamischen Grundlagen erlangen möchten.
Karten
30
Lernende
3
Sprache
Deutsch
Kategorie
Elektrotechnik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
07.08.2014 / 08.12.2015

Lernkarten

a. Welche Arten von elektrischer Ladung gibt es? b. Welche Wechselwirkung haben sie? c. Was ist eine Elementarladung und wie groß ist sie?

a. Es gibt positive und negative Ladungen b. gleiche Ladungen stoßen sich ab und unterschiedliche Ladungen ziehen sich an c. Das Elektron ist Träger der kleinstmöglichen negativen Ladung und wird als Elementarladung bezeichnet

a. Welche Elementarteilchen sind elektrisch geladen und welche sind neutral? b. Könne die Ladungen erzeugt oder verbraucht werden. Wenn ja, wie geht das?

a. Proton --> positiv / Elektron --> negativ / Neutron --> neutral b. Ladung kann weder erzeugt noch verbraucht werden. Ladungen können lediglich getrennt werden.

a. Erklären sie wie ein elektrische Feld entsteht b. Wie ist die elektrische Feldstärke definiert c. Nenne sie ein Beispiel für ein homogenes und ein inhomogenes Feld

a. Eine elektrische Ladung Q bildet ein elektrisches Feld, wobei dieses Feld eine Kraft auf andere Ladungen im Raum ausübt b. Die Feldstärke E ist eine Proportionalitätskonstante, die eine Aussage über die Stärke eines elektrischen Feldes in einem betreffenden Raumpunkt macht. c. Homogenes Feld --> Plattenkondensator

1. Warum muss man bei einem Hochspannungskabel scharfe Kanten und Grate an den Leitungen vermeiden?

1. Durch einen Grad in dem Leiter kann es zu Feldspitzen kommen, die zur Beschädigung der Isolation und möglicherweise zu Lichtbogen führen können.

a.      Was versteht man unter Influenz?

a. Ladungsverschiebung, welche über den ganzen Körper erfolgt,(Trennung von elektrischen Ladungen) wird als Influenz bezeichnet. Bei Metallen --> eine vollständige Ladungsverschiebung bis das elektrische Feld =0 ist.

b.      Was versteht man unter Polarisation?

b. Ist eine mikroskopische Ladungsverschiebung in einem Isolator, es entstehen mikroskopische Dipole.

  Wie ist für einen Isolator der Zusammenhang zwischen der elektrischen Feldstärke E und der dielektrischen Verschiebung D?

a. D = ?0 *E

  Was ist die Oberflächenladungsdichte?

? = Q / A

1. Unterschied zwischen elektrischen Potential und der elektrischen Spannung?

1. -Elektrischen Potential Man versteht unter dem Potential eines Punktes diejenige elektrische Spannung, die der betreffende Punkt gegenüber einem beliebig wählbaren Bezugspunkt besitzt -Elektrische Spannung ist die elektrische Differenz zwischen zwei Potentialen.

Spannungsquellen z.B. Batterien können in Serie oder Parallel geschaltet werden. Welche Leerlaufspannung kann in beiden Fällen bei drei gleichen Batterien abgegriffen werden?

2. Reihenschaltung: U= U1 + U2 + …..+Un Parallelschaltung: U=U1=U2=Un

Was ist die elektrisch Stromstärke und physikalische Einheit?

I = dQ/dt = Ladung/Zeit [A]

Was ist die elektrische Stromdicht und physikalische Einheit ?

J = I / A = Stärke/Fläche [A/m^2]

Wie ist Ampere definiert?

A ist die Stärke des zeitlich konstanten elektrischen Stromes, der im Vakuum zwischen zwei parallelen, unendlich langen, geraden Leitern mit vernachlässigbarem, kreisförmigem Querschnitt und dem Abstand von 1 m zwischen diesen Leitern eine Kraft von 2•10?7 N pro m Leiterlänge hervorrufen würde

a.      Was versteht man unter der Kapazität eines Kondensators?

a) Kapazität ist die Eigenschaft elektrische Ladung zu speichern.

b. Welche physikalische Einheit hat sie?(Kapazität eines Kondensators)

[F] = Farad = C/V = Ladung/Spannung

c. Wie kann man die Kapazität verändern bzw. beeinflussen?

c) Um die Kapazität zu verändern, kann die Größe der Flächenvariiert werden, der Abstand der Platten kann verändert werden oder man verwendet verschiedene Dielektrika.

Wie berechnet man bei einer Parallel- oder bei einer Reihenschaltung von zwei Kondensatoren die gesamte Kapazität der Anordnung?

Parallel: C=C1+C2+…+Cn [F] Reihe:

Ein Plattenkondensator ist mit einem Dielektrikum mit der relativen Dielektrizitätskonstante gefüllt und an einer konstanten Spannungsquelle angeschlossen.

Bei abgeklemmter Spannungsquelle verändert sich die Ladung nicht, weil keine Ladung hinzugefügt bzw. entzogen wird. Die Spannung entgegen wird größer, da wegfällt und dadurch die Kapazität kleiner wird (da )

Wie ändert sich die Ladung und die Ladung beim entfernen vom Dielektrikum, wenn man entweder die Spannungsquelle vorher abklemmt oder den Kondensator an der Spannungsquelle angeschlossen lässt?

Bei angeschlossener Spannungsquelle steigt die Ladung des Kondensators mit der Zeit. Die Spannung verhält sich wie im ersten Fall.

Wie berechnet man den Gesamtwiderstand bei einer Reihen- oder Parallelschaltung von ohmschen Widerständen? Wie bestimmen sie für diese beiden Schaltungen den gesamten Leitwert?

Rges = R1 + R2 + … + Rn 1/Rges = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn

Nennen sie die beiden Kirchhoffschen Gesetze der Netzwertberechnung. Geben sie auch eine anschauliche Erklärung dafür.

1 Kirchhoffsches Gesetz: Die Summe aller Ströme in einem Knotenpunkt ist Null! (Energieerhaltungssatz) 2 Kirchhoffsches Gesetz : Alle Teilsummen eines Umlaufes bzw. einer Masche in einem elektrischen Netzwerk addieren sich zu Null! (Energieerhaltungssatz)

Welche Methoden zur Berechnung allgemeiner elektrischer Gleichstrom-Netzwerke kennen sie.

„Direkte Anwendung der Kirchhoffschen Regel“ (Knotengleichung und Maschengleichung) Knotenpotenzialverfahren

Ein statisches Magnetfeld hat im Gegensatz zu einem statischen elektrischen Feld keine Quelle und keine Senken. Wie zeigt sich das z.B. bei einem langen dünnen Leiter, durch den ein konstanter elektrischer Strom fließt?

Bei einem langen dünnen Leiter richten sich die magnetischen Feldlinien in konzentrischen Kreisen um den Leiter aus. Entsprechend der „rechten Hand Regel“ ist die Richtung dieser magnetischen Feldlinien zu bestimmen. Die magnetischen Feldlinien sind geschlossene Linie, sie haben kein Anfang und kein Ende.

Welche magnetischen Feldgrößen kennen sie? Nennen sie deren physikalische Einheiten? Wie hängen die magnetische Flussdichte und die magnetische Feldstärke im Vakuum zusammen?

Magnetische Flussdichte: B = ?0(H + M) Magnetische Feldstärke: H = I/(pi *r) Verhältniss im Vakuum: H = B/?0

Was erzeugt ein statisches Feld bzw. was ist dessen Ursache? Wie entsteht ein elektro-magnetisches Feld?

Sind die elektrischen Ströme zeitlich konstant, dann entsteht ein statisches Magnetfeld. Sind die Ladungen beschleunigt, so entsteht ein elektromagnetisches Feld.

Was ist die Lorenzkraft? Mit der Coulombkraft bildet sie die elektrodynamische Kraft, eine der vier grundlegenden Kräfte in der Physik. Kennen sie die anderen Drei?

Die Lorenzkraft ist die Kraft, die auf elektrische Ladung in elektromagnetischen Feldern wirkt.

Ein Geladenes Teilchen mit der Ladung Q und der Masse m wird in eine lange von Strom durchflossene Spule in Richtung der Spulenachse mit der Geschwindigkeit v eingeschlossen. Wie sieht die Bahn des Teilchens aus wenn die Erdanziehung vernachlässigt werden kann?

Das Teilchen bewegt sich entlang der Achse der Spule auf den Feldlinien des magnetischen Feldes. Da v in Richtung B geht gegen = 0

Wie ist die Wirkung eines Magnetfeldes auf einen „Probemagneten“, d.h. auf ein magnetisches Moment ?

Die Stärke des magnetischen Feldes kann durch die Wirkung bestimmt werden, die es auf einen im Inneren des Feldes befindlichen Probemagneten ausübt. Da kein Magnetpol alleine vorkommt, erfahren Nord-und Südpol des Probemagneten entgegen gerichtete Kraftwirkung. Es entsteht also ein Drehmoment, das den Probemagneten in Feldlinienrichtung orientiert. Dieses Drehmoment ist ein Maß für die magnetische Feldstärke an dieser Stelle.

Wie verhält sich ein langer dünner Leiter, durch den ein elektrischer Strom fließt, im äußeren Magnetfeld?

Befindet sich ein stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld, so erfährt dieser eine Kraft (Ausnahme: Stromrichtung und Magnetrichtung sind parallel oder antiparallel). Die Kraftwirkung ist am größten, wenn Stromrichtung und Magnetfeldrichtung einen Winkel von 90° bilden. Um die Richtung der Kraft angeben zu können, kann die „rechte-Hand-Regel“ verwendet werden. (Daumen-Strom ; Zeigefinger-Magnetfeld ; Mittelfinger-Kraft)

Beschreiben sie das Durchflutungsgesetz am Beispiel eines langen dünnen Leiters!

Das Durchflutungsgesetz gibt die magnetische Feldstärke in Abhängigkeit der Entfernung zu einem Strom durchflossenen langen dünnen Leiters an. Prinzip des Durchflutungsgesetzes ist, dass der elektrische Strom mit einem Magnetfeld verbunden ist. Innerhalb des Leiters gilt: NICHT LESBAR Außerhalb des Leiters gilt: H = I/(pi *r)

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