Förderung individueller Kompetenzen

Keine

Diese Lehrveranstaltung behandelt grundlegende Methoden der technischen Mathematik, Thermodynamik und Elektrotechnik, die im weiteren Studium vorausgesetzt werden.

Mathematik:

• Lineare Algebra: Vektorräume, inneres Produkt, lineare Gleichungssysteme, Geometrie, Matrizenrechnung, Regression
• Mehrdimensionale Differentialrechnung: partielle Ableitungen, totales Differential, Gradient
• Mehrdimensionale Integralrechnung: Skalarfelder, Vektorfelder, Arbeitsintegrale
• Gewöhnliche Differentialgleichungen: Typen, lineare 1. und 2. Ordnung

Thermodynamik:

• Zustand, Zustandsgrößen, Zustandsgleichung
• Energiebilanz: 1. Hauptsatz für geschlossene und offene Systeme
• Entropiebilanz: 2. Hauptsatz für geschlossene und offene Systeme
• Zustandsgleichungen: ideales Gas, ideale Flüssigkeit, Medien-Tabellen und -Diagramme, Mischung aus idealem Gas und Wasser
• Kreisprozesse mit einfachen Arbeitsmitteln: Carnot, Dampfprozesse, Gasprozesse, Wärmepumpen, Kältemaschinen
• Kreisprozesse mit feuchter Luft: Trocknung, Befeuchtung

Elektrotechnik:

• Elektromagnetismus: Kenngrößen elektrischer Felder, Kapazität, Induktivität
• Stromkreis, Gleich-, Wechsel- und Drehstrom, Schaltungen
• Komplexe Zeiger, Darstellung im Zeigerdiagramm, Ersatzschaltbilder
• Zeitliche Vorgänge, Schaltvorgänge
• Mechanismen der Stromleitung
• Elektromechanische Energieumwandlung: Grundprinzip von Generatoren und Motoren (synchron, asynchron, Gleichstrom)
• Transformatoren, Schaltanlagen
• Grundlagen Halbleitertechnik, Leistungselektronik (Bauelemente und Verfahren)
• Netzschutz, Elektromagnetische Verträglichkeit

Die Lehrveranstaltung Förderung individueller Kompetenzen, hat das Ziel die unterschiedlichen Vorkenntnisse der Studierenden auszugleichen. Der Schwerpunkt liegt auf Mathematik, Thermodynamik und Elektrotechnik. 

Die Studierenden verstehen die grundlegenden mathematischen Methoden, die die Lehrveranstaltungen der folgenden Semester anwenden.  Die Studierenden haben ein Grundverständnis der klassischen Termodynamik und der Elektrotechnik. Sie können die Methoden auf einfache Beispiele in der Energietechnik und Energiewirtschaft anwenden.

Mathematik: Die Studierenden

• verstehen die grundlegenden Konzepte der linearen Algebra und mehrdimensionalen Analysis.
• kennen typische Ingenieursanwendungen der besprochenen mathematischen Konzepte.
• beherrschen die Rechentechniken der linearen Algebra und mehrdimensionalen Analysis.
• können die grundlegende Lösungsmethoden für angewandte Problemstellungen in der Energietechnik und Energiewirtschaft einsetzen.
• können gewöhnliche Differentialgleichungen für angewandte Problemstellungen aufstellen.
• können die Komplexität und den Abstraktionsgrad technischer und wirtschaftlicher Modellbildungen bewerten.
• sind in der Lage, größere Berechnungen in Teilschritte aufzulösen und haben ein Gespür für erfolgsversprechende Lösungswege entwickelt.

Thermodynamik: Die Studierenden

• verstehen die Grundlagen der Thermodynamik. Sie können die relevanten Zustandsgrößen sowie die Hauptsätze der Thermodynamik erklären.
• können verschiedene ideale und reale Zustandsgleichungen und deren Anwendbarkeit beschreiben.
• sind in der Lage Kreisprozesse mit reinen Stoffen thermodynamisch zu modellieren.
• können diese Kreisprozesse in Zustandsdiagrammen darstellen und anhand von Zustandsgleichungen bzw. Tabellenwerken berechnen.
• können einfache Prozesse mit feuchten Gasen berechnen.
• sind in der Lage, auf Basis thermodynamischer Überlegungen, Vorschläge zur Gestaltung, Auslegung und Optimierung von Prozessen zu machen.

Elektrotechnik: Die Studierenden

• verstehen die Grundlagen des Elektromagnetismus. Sie können die relevanten Kenngrößen und Bauelemente erklären.
• sind in der Lage stationäre Stromkreise mit Gleich-, Wechsel-, und Drehstrom zu berechnen.
• können die Dynamik von Stromkreisen, insbesondere bei Schaltvorgängen, beschreiben.
• können das Funktionsprinzip von Bauelementen, z.B. Motoren, Generatoren und Transformatoren, erklären, sie in Ersatzschaltbildern modellieren, in Zeigerdiagrammen darstellen und berechnen.
• kennen die Grundprinzipien der Halbleitertechnik und Elektrochemie, deren Anwendungen in der Energietechnik und können einfache Berechnungen durchführen.
• kennen die Grundprinzipien von Netzschutz und elektromagnetischer Verträglichkeit.
• können Bauelemente und Verfahren der Leistungselektronik für die jeweilige Anwendung auswählen.

Je nach Bedarf eine Mischung aus:

• Selbstlern-Übungen
• Team-Coaching
• Diskussion

Die Prüfung erfolgt in einem der vier Themengebiete (Mathematik, Thermodynamik, Elektrotechnik, Forschungsseminar). Die Festlegung, welcher der vier Bereiche geprüft wird, erfolgt individuell für jede Studierende bzw. jeden Studierenden im Rahmen des Aufnahmeverfahrens.

Die Prüfung erfolgt als schriftliche oder mündliche Klausur in Mathematik, Thermodynamik oder Elektrotechnik.

Die in dieser Lehrveranstaltung aufgezählten Themen in Mathematik, Thermodynamik und Elektrotechnik werden in allen anderen Lehrveranstaltungen des Studiums vorausgesetzt.

Zu Beginn der Lehrveranstaltung wird auf verschiedene Möglichkeiten der Wissensaneigung hingewiesen. Je nach Fach stehen Videoaufzeichnungen, der Besuch einer Lehrveranstaltung in einem anderen Studiengang, Fachbücher und andere Unterlagen zur Verfügung. Empfohlene Fachliteratur

Mathematik:

• Papula, Lothar (2018): Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler Band 1. Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden. Online im Internet: DOI: 10.1007/978-3-658-21746-4 (Zugriff am: 23.09.2019).
• Papula, Lothar (2015): Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler Band 2. Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden. Online im Internet: DOI: 10.1007/978-3-658-07790-7 (Zugriff am: 23.09.2019).
• Papula, Lothar (2016): Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler Band 3. Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden. Online im Internet: DOI: 10.1007/978-3-658-11924-9 (Zugriff am: 23.09.2019).
• Papula, Lothar (2019): Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler - Anwendungsbeispiele: 222 Aufgabenstellungen mit ausführlichen Lösungen. 8., überarb. Auflage 2019. Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH.
• Arens, Tilo u.a. (Hrsg.) (2013): Mathematik. 2. Aufl., 1. korrigierter Nachdr. Heidelberg: Spektrum, Akad. Verl.

Thermodynamik:

• Baehr, Hans Dieter; Kabelac, Stephan (2016): Thermodynamik: Grundlagen und technische Anwendungen. 16., aktualisierte Auflage. Berlin: Springer Vieweg (= Lehrbuch).
• Weigand, Bernhard; Köhler, Jürgen; Wolfersdorf, Jens von (2016a): Thermodynamik kompakt. 4., aktualisierte Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Vieweg (= Springer-Lehrbuch).
• Weigand, Bernhard; Köhler, Jürgen; Wolfersdorf, Jens von (2016b): Thermodynamik kompakt - Formeln und Aufgaben. 2. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Vieweg (= Lehrbuch).

Elektrotechnik:

• Busch, Rudolf (2015): Elektrotechnik und Elektronik für Maschinenbauer und Verfahrenstechniker. Wiesbaden: Springer Vieweg.
• Meister, Heinz (2007): Elektrotechnische Grundlagen: mit Versuchsanleitungen, Rechenbeispielen und Lernziel-Tests. 14. Aufl. Würzburg: Vogel-Buchverl (= Elektronik).
• Schwab, Adolf J. (2017): Elektroenergiesysteme: Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. 5. Auflage. Berlin: Springer Berlin.

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