Grundlagen der Elektrotechnik 1

Keine

• Grundgrößen und Grundbegriffe der Elektrotechnik (Strom, Ladung, Leitungseigenschaften und Leitungsmechanismen, Stromdichte, Energie, Potenzial, Spannung, Leistung und Wirkungsgrad).

• Der Begriff Zweipol: Bezugspfeile, Beschreibung von aktiven und passiven Zweipolen, der Widerstand als Bauelement, Temperaturabhängigkeit von Widerständen.

• Zweipol Netze: Verbindung zweier Zweipole und Bestimmung des Arbeitspunktes, Kirchhoff’sche Gesetze, Ersatzzweipole (Serien- und Parallelschaltung und allgemeine aktive und passive Ersatzzweipole), Spannungs- und Stromteiler, Brückenschaltung, Strom- und Spannungsmessung

• Gefahren des elektrischen Stroms und Schutzeinrichtungen

• Periodische zeitabhängige Größen: Beschreibung, Kenngrößen, Spezialfall "sinusförmige Schwingung".

• Lineare Zweipole an zeitabhängigen Spannungen/Strömen: Lösen der Differentialgleichung für einfache Schaltungen.

• Netze mit Sinusquellen gleicher Frequenz: Schaltungsanalyse mit komplexen Zahlen, Resonanz, Widerstandstransformation, Blindleistungskompensation.

Physikalische Grundlagen: Nach erfolgreichem Abschluss dieser Lehrveranstaltung sind die Studierenden in der Lage,

• auf Basis des Bohr-Sommerfeld‘schen Atommodells den Aufbau der Materie aus elektrischer Sicht (Ladungen, Kräfte zwischen Ladungen) zu beschreiben
• wiederzugeben, was „elektrische Leitfähigkeit“ bedeutet und dies mit der physikalischen Bewegung von elektrischer Ladung zu erklären; Leitungsmechanismen in verschiedenen Materialien können beschrieben werden
• ausgehend vom Stromtransport und Energiebetrachtung das elektrische Potential und die Spannung zu erklären
• den Begriff Arbeit als Umwandlung von Energie zu verstehen, Verbraucher und Erzeuger im elektrischen Stromkreis zu beschreiben und den Begriff Leistung zu erklären
• basierend auf physikalischen Modellen die Leitungsmechanismen in Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen zu erklären
• für Metalle eine Abschätzung der elektrischen Leitfähigkeit vorzunehmen und die Driftgeschwindigkeiten in Metallen und Halbleitern zu berechnen.

Schaltungsanalyse DC: Die Studierenden können

• die Modelle „Zweipol“ und „konzentrierte Bauelemente“ beschreiben und die Vorteile dieser Vereinfachung skizzieren
• Zweipol kategorisieren (linear vs. nicht linear, passiv vs. aktiv).
• passive und aktive Bauelemente anhand ihrer Zweipolcharakteristik beschreiben.
• Zweipole zu einfachen Schaltungen verbinden und den Arbeitspunkt bestimmen.
• die Kirchhoff’schen Gesetze formulieren
• ausgehend von den Kirchhoff’schen Gesetzen einfache Schaltungen linearer Zweipole lösen
• Teile einer Schaltung zu einer Ersatzschaltung zusammenfassen und dadurch vereinfachen
• Teillösungen einer Schaltung berechnen und zu einer Gesamtlösung überlagern
• Leistungen der Erzeuger bzw. Verbraucher einer Schaltung berechnen und sie mit dem durch diese Zweipole modelliertem Bauteil in Verbindung setzen
• Optimierungen in einer Schaltung durchführen.

Gefahren des elektrischen Stroms und Schutzmaßnahmen: Die Studierenden

• kennen die Gefahren, die vom elektrischen Strom ausgehen
• können geeignete Schutzeinrichtungen, sowohl für elektrische Anlagen und als auch für den Menschen, beschreiben.

Zeitabhängigkeit und Schaltungsanalyse AC: Die Studierenden können

• Zeitliche Abläufe beschreiben
• einfache Schaltungen für Grundsignalverläufe berechnen (z.B. Berechnen der Ladekurve eines Kondensators)
• beschreiben, wie bei sinusförmigen Größen das Werkzeug "komplexe Zahlen" die Analyse vereinfacht
• den erweiterten Leistungsbegriff für zeitlich veränderliche Spannungen und Ströme beschreiben
• die Begriffe Momentanleistung, Scheinleistung, Wirkleistung und Blindleistung darstellen und mit dem Transport bzw. der Umwandlung von Energie in Zusammenhang bringen
• die komplexen Widerstände der Grundzweipole erklären
• mit Hilfe der komplexen Widerstände Schaltungen mit sinusförmigen Strömen und Spannungen einer Frequenz lösen und die bei Gleichgrößen gelernten Techniken der Schaltungsanalyse auf sinusförmige Größen umlegen
• Optimierungen in einer Schaltung können durchführen (z.B. Blindleistungskompensation).

• Vorlesungen
• Laborübungen
• Rechenübungen
• Selbststudium

• Schriftliche Gesamtprüfung: 75 % (Teilprüfungen möglich)
• Übungen: 15 % mit Eingangstest
• Laborübung mit Protokoll Abgabe: 10%

Jeder einzelne Teil muss für sich positiv sein (auch gegebenfalls die einzelnen Teilprüfungen).

Keine

• Führer, Arnold; Heidemann, Klaus; Nerreter, Wolfgang (2019a): Grundgebiete der Elektrotechnik. Band 1: Stationäre Vorgänge: mit 426 Bildern, 71 durchgerechneten Beispielen, 65 Praxisbezügen und 145 Aufgaben mit Lösungen / Arnold Führer † (1940-2010), Klaus Heidemann, Wolfgang Nerreter. 10., neu bearbeitete Auflage. München: Hanser.

• Führer, Arnold; Heidemann, Klaus; Nerreter, Wolfgang (2019b): Grundgebiete der Elektrotechnik. Band 2: Zeitabhängige Vorgänge: mit 465 Bildern, 122 durchgerechneten Beispielen, 49 Praxisbezügen und 152 Aufgaben mit Lösungen / Arnold Führer † (1940-2010), Klaus Heidemann, Wolfgang Nerreter. 10., neu bearbeitete Auflage. München: Hanser.

• Hagmann, Gert (2017): Grundlagen der Elektrotechnik: das bewährte Lehrbuch für Studierende der Elektrotechnik und anderer technischer Studiengänge ab 1. Semester: mit 225 Abbildungen, 4 Tabellen, Aufgaben und Lösungen. 17., durchgesehene und korrigierte Auflage. Wiebelsheim: AULA-Verlag (= Elektrotechnik).

Präsenzveranstaltung