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Grundlagen der Elektrotechnik 1

Autor	Wolf-Ewald Büttner
Verlag	De Gruyter Oldenbourg
Erscheinungsjahr	2012
Seitenanzahl	366 Seiten
ISBN	9783486718683
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	34,95 EUR

Der überarbeitete erste Band des Werkes führt systematisch in die Berechnungsverfahren elektrischer Netzwerke sowie in elektrische und magnetische Felder ein. Im zweiten Band werden Wechselstrom, Ortskurven, Drehstrom, nichtsinusförmige periodische Größen und Schaltvorgänge thematisiert. Das Werk kombiniert Theorie und Praxis optimal: Beispiele aus dem Ingenieursalltag veranschaulichen die Grundlagen der Elektrotechnik anhand echter Anwendungen.

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis	5
Vorwort	11
1 Einleitung	13
2 Grundbegriffe	15
2.1 Elektrische Ladung	15
2.2 Leiter und Nichtleiter	16
2.3 Elektrischer Strom und Stromstärke	17
2.4 Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger	20
2.5 Stromdichte	21
2.6 Energie	22
2.7 Elektrisches Potenzial und elektrische Spannung	23
2.8 Zählpfeilsysteme	25
2.9 Elektrischer Widerstand	27
2.9.1 Strom-Spannungs-Kennlinie	28
2.9.2 Nichtlineare passive Zweipole	31
2.9.3 Widerstandsberechnung eines Leiters	35
2.9.4 Temperaturabhängigkeit des Widerstandes	36
2.10 Elektrische Quelle	40
2.10.1 Spannungsquelle	40
2.10.2 Stromquelle	44
2.11 Elektrische Energie und elektrische Leistung, Wirkungsgrad	46
2.11.1 Elektrische Energie	46
2.11.2 Elektrische Leistung	47
2.11.3 Wirkungsgrad	48
2.11.4 Leistungsanpassung	49
3 Berechnung von Netzwerken	53
3.1 Knoten- und Maschensatz	53
3.1.1 Knotensatz	53
3.1.2 Maschensatz	54
3.2 Schaltung von ohmschen Widerständen	56
3.2.1 Reihenschaltung	56
3.2.2 Parallelschaltung	58
3.2.3 Kombination von Reihen- und Parallelschaltungen	60
3.2.4 Stern-Dreieck-Umwandlung	70
3.2.5 Rekursives Berechnungsverfahren	74
3.3 Reihen- und Parallelschaltung von Quellen	75
3.3.1 Reihenschaltung	75
3.3.2 Parallelschaltung	77
3.4 Netzwerkberechnung mittels Knoten- und Maschensatz	80
3.4.1 Aufstellen der Knoten- und Maschengleichungen	81
3.4.2 Aufstellen und Lösen des Gleichungssystems	84
3.5 Maschenstromverfahren	86
3.5.1 Maschenstromverfahren bei Netzwerken ohne Stromquellen	87
3.5.2 Maschenstromverfahren bei Netzwerken mit Stromquellen	89
3.6 Knotenpotenzialverfahren	91
3.6.1 Knotenpotenzialverfahren bei Netzwerken ohne Spannungsquellen	92
3.6.2 Knotenpotenzialverfahren bei Netzwerken mit Spannungsquellen	94
3.7 Überlagerungsverfahren	99
3.8 Zweipoltheorie	103
3.8.1 Lineare aktive und passive Ersatzzweipole	103
3.8.2 Nichtlineare passive Ersatzzweipole	107
3.8.3 Nichtlineare aktive Ersatzzweipole	118
3.9 Vierpole	119
3.9.1 Vierpolgleichungen	121
3.9.2 Zusammenschaltung von Vierpolen	123
4 Elektrisches Feld	127
4.1 Grundbegriffe	127
4.1.1 Ursache und Richtungssinn des elektrischen Feldes	128
4.1.2 Elektrische Feldstärke und Spannung	130
4.2 Elektrisches Strömungsfeld	132
4.2.1 Feld der Stromdichte	132
4.2.2 Homogenes elektrisches Strömungsfeld	133
4.2.3 Inhomogenes elektrisches Strömungsfeld	136
4.3 Elektrostatisches Feld	138
4.3.1 Merkmale des elektrostatischen Feldes	138
4.3.2 Elektrischer Verschiebungsfluss und elektrische Verschiebungsdichte	142
4.3.3 Zusammenhang zwischen elektrischer Verschiebungsdichte und elektrischer Feldstärke	144
4.3.4 Überlagerung von Potenzialfeldern	146
4.3.5 Durchschlagfeldstärke	149
4.4 Kapazitäten	151
4.4.1 Definition der Kapazität	151
4.4.2 Kapazitäten einiger Kondensatoren	152
4.4.3 Leitungskapazitäten	155
4.4.4 Nichtlineare Kapazität und Temperaturabhängigkeit	157
4.5 Schaltung von Kondensatoren	158
4.5.1 Parallelschaltung von Kondensatoren	158
4.5.2 Reihenschaltung von Kondensatoren	159
4.5.3 Gemischte Schaltung von Kondensatoren	165
4.5.4 Geschichtete Dielektrika	167
4.6 Energie und Kräfte im elektrostatischen Feld	174
4.6.1 Energie im elektrostatischen Feld	174
4.6.2 Kräfte im elektrostatischen Feld	175
4.7 Schaltvorgänge im Gleichstromkreis	177
4.7.1 Ladevorgang bei einer Kapazität	177
4.7.2 Entladevorgang bei einer Kapazität	183
4.7.3 Umladung bei Kapazitäten	186
5 Stationäres magnetisches Feld	191
5.1 Grundbegriffe	191
5.1.1 Elektrische Durchflutung	193
5.1.2 Magnetische Feldstärke	194
5.1.3 Magnetische Spannung	196
5.1.4 Magnetischer Widerstand und Leitwert	197
5.1.5 Magnetischer Fluss und magnetische Flussdichte	198
5.1.6 Analogie zwischen den elektrischen Feldern und dem magnetischen Feld	199
5.1.7 Magnetische Ersatzschaltbilder	200
5.2 Berechnung magnetischer Felder in nichtferromagnetischen Stoffen	201
5.2.1 Feld eines geraden, langen Leiters mit kreisförmigem Querschnitt	201
5.2.2 Feld eines geraden, langen Hohlleiters	204
5.2.3 Feld einer langen Zylinderspule	205
5.2.4 Feld einer Ringspule	206
5.2.5 Feld einer geraden, langen Koaxialleitung	208
5.2.6 Gesetz von Biot-Savart	209
5.3 Überlagerung magnetischer Felder	212
5.4 Berechnung magnetischer Felder in ferromagnetischen Stoffen	217
5.4.1 Verhalten der Materie im magnetischen Feld	217
5.4.2 Feldgrößen an Materialübergängen	221
5.4.3 Magnetische Streuung	224
5.4.4 Berechnung unverzweigter und verzweigter magnetischer Kreise	225
5.4.5 Dauermagnetkreis	241
6 Zeitlich veränderliches magnetisches Feld	245
6.1 Induktionsgesetz	245
6.1.1 Festlegung der Zählpfeile	245
6.1.2 Verkettungsfluss	246
6.1.3 Bewegter Leiter in einem magnetischen Feld	247
6.1.4 Induktionsgesetz in allgemeiner Form	251
6.1.5 Induzierte elektrische Feldstärke und Spannung	253
6.1.6 Induktion durch Flächenänderung	256
6.1.7 Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte	265
6.1.8 Induktion durch Flächenänderung und zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte	268
6.2 Selbstinduktion	271
6.2.1 Induktivität	273
6.2.2 Berechnung der Induktivität verschiedener Spulen und Leiteranordnungen	274
6.2.3 Zweipoldarstellung einer Induktivität	282
6.2.4 Zusammenschaltung von Induktivitäten	283
6.3 Schaltvorgänge im Gleichstromkreis	285
6.3.1 Kurzschließen einer stromdurchflossenen Induktivität	285
6.3.2 Einschalten einer Induktivität	288
6.3.3 Ausschalten einer Induktivität	290
6.4 Magnetische Kopplung	293
6.4.1 Gegenseitige Induktivität	293
6.4.2 Kopplungsfaktor	300
6.5 Wirbelströme	302
6.6 Magnetische Energie und Hystereseverluste	304
6.6.1 Magnetische Energie einer Induktivität	304
6.6.2 Magnetische Energie gekoppelter Spulen	306
6.6.3 Hystereseverluste	308
6.7 Kräfte im magnetischen Feld	310
6.7.1 Kräfte zwischen Polflächen	310
6.7.2 Kräfte auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld	313
6.7.3 Kräfte zwischen stromdurchflossenen, parallelen Leitern	317
6.7.4 Kraft auf bewegte freie Ladungsträger	319
7 Lösung der Aufgaben	323
8 Weiterführende Literatur	359
Stichwortverzeichnis	361

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