Elektrotechnik I

Definition: Gerichtete Bewegung von Ladungsträgern => elektrischer Strom

Leiter: Stoffe mit einer hohen Dichte frei beweglicher Ladungsträger, z.B. Kupfer
Bei Metallen sind die Elektronen die frei beweglichen Ladungsträger

Nichtleiter(Isolatoren/Dielektrika): Stoffe mit sehr geringer Dichte oder ohne frei bewegliche
Ladungsträger, z.B. Plastik, Vakuum
 

Zeitinvariant: Die Zeitinvarianz ist in der Systemtheorie die Eigenschaft eines Systems, zu jeder Zeit das gleiche Verhalten bei gleicher Eingabe zu zeigen – es ist über die Zeit invariant.

Beispiel: Ein elektrischer Widerstand R ist zeitinvariant. Fließt durch ihn ein konstanter Strom I, dann fällt an ihm eine Spannung U von ab. Auch mehrere Minuten später liegt an ihm die gleiche Spannung an.

Zeitvariant: Ein zeitvariantes System verhält sich zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedlich.

Beispiel: Ein Pendel, bei dem die Länge der Aufhängung sich mit der Zeit ändert, ist zeitvariant.

Siehe Bild

Die elektrische Stromrichtung ist identisch mit der „technischen“ Stromrichtung und in der Physik und Elektrotechnik genau gleich definiert.

Der Begriff der „technischen Stromrichtung“ ist in erster Linie historisch bedingt; er geht von einem Strom von Ladungen aus, die sich – der Feldlinienrichtung des elektrischen Feldes folgend – vom positiven zum negativen Spannungspol bewegen. Dass es dagegen in metallischen Leitern die Elektronen sind, die als Ladungsträger den Stromfluss bewirken und dabei genau umgekehrt vom negativen zum positiven Pol fließen, war zur Zeit dieser Begriffsbildung noch unbekannt.

Im Unterschied dazu bezeichnet der Begriff der „physikalischen Stromrichtung“ nicht den Strom elektrischer Ladung, sondern einen Massen-, Volumen-, Teilchen- oder quantenmechanischen (Aufenthalts-) Wahrscheinlichkeitsstrom von elektrischen Ladungsträgern. Er kennzeichnet somit die Bewegung der elektrischen Ladungsträger unabhängig von ihrer jeweiligen Ladung. Teilweise wird offen gelassen, um welche Ladungsträger es sich handelt; oft sind Elektronen in Metallen gemeint, die per Konvention eine negative Ladung besitzen. Dann ist die Elektronenströmung („physikalische Stromrichtung“), wie in der Abbildung verdeutlicht, der Ladungsströmung („technische Stromrichtung“) entgegengerichtet.

Stromstärke: I=d(Q)/d(t)

Ladung: Q = 1C = 1As, Ladungsmenge: d(Q)

Konstante Stromstärke: I=Q/t

Elementarladungen: 1e = ca. 1,6*10^-19C (bzw. ca. 1,6*10^-19As)

Ladungsmengen: Q = n*e
 

Stromdichte: J = I/Aq    (Aq=Querschnittsfläche 1mm²)

Querschnittsfläche: Aq=pi*d   (d=Durchmesser)

Wenn sich bei konstantem Strom (zB. 2A) der Durchmesser eines Leiters halbiert, verdoppelt sich die Stromdichte J:

J1= 2A/pi*4mm = 0,159mm²

J2= 2A/pi*2mm = 0,318mm²

allge.  Potential: "Maß für den Energiegehalt eines Körpers oder
Teilchens in einem Kraftfeld"

elektr. Potential: "Maß für den Energiegehalt eines
elektrisch geladenen Teilchens in einem elektrischen Kraftfeld

Phi = W/Q

[Phi] = 1 V

Spannung wird oft mit U bezeichnet!
 

siehe Bild