Elektrotechnik 1

=Knotenregel

In einem geschlossenen System muss die Summe der elektrischen Ladungen konstant bleiben, dh. die Summe der zufließenden Ladungen (oder Ströme) in einem Knoten muss wieder Abfließen

Summe I =0

In einem geschlossenen System muss die Summe der elektrischen Ladungen konstant bleiben

-> in einem Knoten muss die zugeführte Ladung auch wieder abfließen

=Maschenregel

Die Summe der Teilspannungen beim Umlauf um eine geschlossene Masche  muss Null sein. Spannungen gegen die Laufrichtung werden negativ und Spannungen in Laufrichtung werden positiv gezählt.

R= Summe der Einzelwiderstände Rk

1/R= Summe 1/Rk

Leitwert G=Summe Gk

U2=U*R2/(R1+R2)

oder U2/U=R2/R

I2=I*R1/(R1+R2)

oder I2/I=R/R2  =(R1*R2)/(R1+R2)/R2

Bei Gruppenschaltung oder gemischte Schaltung:

Man beginnt am letzten Widerstand, und schaut wo die selbe Spannung bzw. der selbe Strom anliegt. Bei gleicher Spannung handelt es sich um eine Parallelschaltung, bei gleichem Strom um eine Serienschaltung. Dann werden schrittweise immer 2 oder mehrere Widerstände zusammen gerechnet bis nur noch 1 gesamter Widerstand vorhanden ist.

(indem man die einzelnen Bestandteile bestehend aus Reihen- und Parallelschaltung berechnet! Diese lassen sich schrittweise berechnen)

Es werden in dem Netzwerk Knotenpunkte, Zweige und Maschen definiert. Mithilfe der Kirchhoffschen Regeln und den Strom-Spannungs-Beziehungen der Zweipole können ihnen dann Gleichungen zugeordnet werden.

Es müssen die jeweiligen Gleichungen voneinander unabhängig sein

Unabh. Knoten=K-1

Unabh Maschen=Zweige-Knoten+1

"Superposition"=Überlagerung gleicher physikalischer Größen, die sich dabei nicht gegenseitig behindern

Der Überlagerungssatz besagt, dass die Berechnung für jede Quelle getrennt erfolgen kann, wobei alle anderen (idealen) Quellen auf den Wert Null gesetzt werden. Spannungsquellen werden dabei durch Kurzschlüsse ersetzt (0 V) und Stromquellen durch Unterbrechungen/Leerlauf (0 A)

Der Überlagerungssatz besagt, dass die Berechnung für jede Quelle getrennt erfolgen kann, wobei alle anderen (idealen) Quellen auf den Wert Null gesetzt werden. Spannungsquellen werden dabei durch Kurzschlüsse ersetzt (0 V) und Stromquellen durch Unterbrechungen (0 A)

Dabei wird für alle Quellen seperat der jeweilige Wert errechnet und nachher addiert bzw. subtrahiert (je nach Strom bzw. Spannungsrichtung)

Ersetzt komplizierte Schaltung durch eine einfache Ersatzschaltung, die nur eine Spannungsquelle und einen in Reihe geschalteten Widerstand enthält

Jede lineare Schaltung mit zwei Anschlüssen kann durch eine Ersatzschaltung ersetzt werden, die aus einer Spannungsquelle besteht (V_Th) und einen Reihenwiderstand

Umwandlung komplexer Schaltung zu Schaltung die aus einem einzigen Widerstand parallel zu einer Stromquelle besteht

jede lineare Schaltung, die mehrere Energiequellen und Widerstände enthält, kann durch einen einzigen Konstantstromgenerator parallel zu einem einzigen Widerstand ersetzt werden

Parallelschaltung einer idealen Stromquelle mit einem Leitwert oder als Serienschaltung einer idealen Spannungsquelle mit einem Widerstand

Da die Stromquellenersatzschaltung aus einer Parallelschaltung besteht, wird sie verwendet, wenn der betreffende Zweipol mit andern Zweipolen parallelgeschaltet ist. Umgekehrt ist die Spannungsquellenersatzschaltung vorteilhaft, wenn der betreffende Zweipol mit andern Zweipolen in Serie geschaltet ist

Vorgehensweise:

1. Man schneidet den Lastwiderstand (falls vorhanden) zwischen den Klemmen a und b heraus

2. Leerlaufspannung (für Ersatzspannungsquelle) bzw. der Kurzschlussstrom (für Ersatzstromquelle) zwischen den Klemmen a und b bestimmen. Mittels Netzwerkanalyse oder dem Überlagerungssatz . Die Leerlaufspannung entspricht der neuen Quellenspannung UqE der Ersatzspannungsquelle bzw. der Kurzschlussstrom entspricht dem Quellenstrom IqE der Ersatzstromquelle.

3. Zum Bestimmen des Innenwiderstandes Ri werden alle Spannungsquellen als Kurzschluss und alle Stromquellen als Unterbrechung betrachtet. Danach wird von Klemmen a und b ausgehend der Ersatzwiderstand berechnet. Dieser Widerstand entspricht dem Innenwiderstand der Ersatzquelle

linearer Widerstand, wenn eine daran anliegende elektrische Spannung U und die Stärke I des hindurchfließenden elektrischen Stromes zueinander proportional sind

(Strom-Spannungs kennlinie verläuft linear)

Bei nichtlinearen Zweipolen ist der Zusammenhang zwischen u und i nichtlinear

Der nichtlineare Widerstand hängt von einer physikalischen Größe ab:

• Temperaturabhängige Widerstände (Heißleiter, Siliziumwiderstände, Kaltleiter);
• Spannungsabhängige Widerstände (Varistoren);
• Magnetfeldabhängige Widerstände (Feldplatten);
• Lichtabhängige Widerstände (Fotowiderstände).

Konservative Kräfte sind in der Physik Kräfte, die längs eines beliebigen, geschlossenen Weges keine Arbeit verrichten. An Teilstrecken aufgewendete Energie wird an anderen Strecken wieder zurückgewonnen.

Konservative Kräfte (lat. conservare „bewahren“) sind Kräfte, bei denen keine Energie „verloren“ geht, wenn man einmal im Kreis läuft, ein Pendel einmal hin- und herschwingen lässt oder einen sonstigen Prozess ablaufen lässt und dann wieder rückgängig macht.

Typische Beispiele sind die Schwerkraft und die elektrische Coulomb-Kraft. Alle Kräfte, die sich wie diese beiden Kräfte als räumliche Ableitung (Gradient) eines Potenzials schreiben lassen, sind konservative Kräfte.

Standardbeispiel einer nichtkonservativen Kraft sind Reibungskräfte. Tatsächlich liegt es sehr oft an Reibungseffekten, wenn eine Kraft nicht konservativ ist – etwa wenn ein Bunjee-Springer nicht wieder zum Ausgangspunkt zurückkehrt, sondern irgendwann auf halber Höhe baumelt und somit einen erheblichen Teil seiner Lageenergie eingebüßt hat.

spannungsrichtig bei klienen Lastwiderständen

Stromrichtig bei großen Lastwiderständen

Der Atomrumpf ist ein Atom ohne Außenelektronen (meißt werden positiv geladene Protonen gemeint)

Elektronengas bezeichnet die (frei beweglichen) Valenzelektronen in der äußersten Schale (Leitungsband) nach dem bohrschen Atommodell

anzuwenden bei der Lorentz-Kraft

Daumen zeigt in bewegungsrichtung des elektrons (bei proton: rechte Hand)

zeigefinger zeigt in Richtung des Magnetfeldes

mittelfinger in Richtung der Lorentzkraft

Florentz= q*B*v

F lorentz = B*I*s    s... länge des teiles das im Magnetfeld ist

gibt die Richtung der magnetischen Feldlinien eines stromdurchflossenen Leiters an (technische Stromrichtung)!

Magnetfeld H=I/(2pi*r)  r... Abstand zum Leiter

uind= n*a*dB/dt   durch änerung von dB bei einschalten, ausschalten einer spule wird eine Spannung und strom induziert

Der Induktionsstrom wirkt immer seiner Ursache entgegen

ganz rechts reiter mit trigger; in menü steigende flanke (edge), quelle, slope (steigende flanke) , sweep modus auto (es wird regelmäßig ein kurzes bild erstellt, wenn man mit triggerpegel nicht in signal ist, erhält man ein flackerndes signal, wenn auf standard gestellt, bekommt man wenn man außerhalb des signals ist garkeine anzeige mehr) bei sweep modus single (shot) wird nur ein einziges ereignis getriggert, wenn zb nur alle 10 sek vorkommt, es wird dieses ereignis gestoppt, nicht weiter gemessen, mit drehrad: triggerpegel einstellbar triggerpegel linie in signal ergibt stehendes bild

bei unteren rädern (kanal 1,2 von li nach rechts) kann man Amplitude einstellen bei dritten knopf unten kann man zeit einstellen

bei rädern darüber v li n re die Anzeige vertikal oder horizontal verschieben

tastkopf und oszilloskop bilden spannungsteiler

eingestelltes teilungsverhältnis: bei oszilloskop: eingang wählen, Tastteiler, einstellen welchen teiler (1 oder 10)

Tastkopfkompensation: durch Zuleitung leicht parasitäre Kapazität: dafür trimmkond. bei anschl. in tastkopf, überprüfen: re an oszi rechteck referenzsignal: unten erdung, oberen tastkopf, autoset: muss rechteckig sein, wenn flanken fallend: kompensation einstellen

Achtung bei tastkopf 2. anschl ist erdung/ mit Erdung verbunden und auch miteinander (mit weiteren eingängen verbunden, Kurzschlussgefahr)

Achtung: Masse von Oszilloskop IMMER ERDEN!!!! Ansonsten könnte Gehäuse lebensgefährliches Potential annehmen

zusätzlich Oszilloskop über Trenntrafo betreiben!

man kann also wenn man 2 signale messen möchte dieselbe erdung für beide messungen verwenden, 2. erdung (Masseklemme) des 2. tastkopfes nicht nötig, aber: Massepunkt und signalpunkt von 2. Messung sind vertauscht man "misst in die andere Richtung" , man muss sie invertieren!

Spannung messen: Taste cousor, Typ wählen, Spannung, Eingangskanal wählen, mit oberen rädern beide cursor verschieben

kann man auch mit taste measure, hinzufügen, Type, auswählen mit rad z.b. phase oder frequenz und taste hinzufügen

Es wird im Strom-Spannungsdiagramm  (Linearer Verlauf) zusätzlich der Verlauf des Stromes bei gegebenen Widerstand eingezeichnet. Im Schnittpunkt der beiden liegt der Arbeitspunkt

Bei der Stern-Dreieck-Umwandlung wird versucht aus den gegebenen Widerständen einer beliebigen Sternschaltung die Dreieckswiderstände zu bestimmen. \(Dreieckwiderstand = {Produkt der Anliegewiderstände \over gegenüberliegender Widerstand} + Summe Anliegerwiderstände\)

Bei der Dreieck-Stern-Umwandlung wird versucht aus den gegebenen Widerständen einer beliebigen Dreieckschaltung die Sternwiderstände zu bestimmen.

\(Sternwiderstand = {Produkt der Anliegerwiderstände \over Umfangswiderstand}\)

Die Stern- bzw. Dreieckschaltung lässt sich mit den Umformungen der Reihen- und Parallelschaltung von Widerstanden nicht weiter vereinfachen. Die beiden Schaltungen können jedoch ineinander übergeführt, und so das Widerstandsnetzwerk noch weiter vereinfacht werden.

Q=C*U

\(C = {epsilon*A \over d} = {epsilon0*epsilon r *A \over d}\) [As/V]=F

\(i = {C*du \over dt}\)

\(u = {1 \over c} ∫ i dt\)

\(W = {1 \over 2} C*U²\)

Cges= Summe Ck (Einzelkapazitäten)

1/Cges= Summe 1/Ck

Der Plattenkondensator besteht aus zwei großen, parallelen zueinander angeordneten Platten. In der Serienfertigung ersetzt man die beiden Platten durch zwei dünne Metallfolienstreifen und legt einen Isolator dazwischen (z.B. Papier oder Kunststofffolie). Schließt man die beiden Platten an eine Spannungsquelle an fließt solange Ladung, bis die Potentialdifferenz zwischen den Platten gleich der angelegten Spannung ist. Die Kapazität hängt von der Größe der Fläche der Platten und deren Abstand zueinander ab. Dabei muss die Fläche möglichst groß und der Abstand möglichst klein sein um eine höhere Kapazität zu erreichen.