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PS: Elektronik Grundlagen

Elektrische Grundgrössen

Elektrische Ladung

Ladung:        Q

Einheit:         [Q] = C = As

Gesetze:       Q = I * t

1 C = 6.24E18 Elektrizitätsteilchen

Elektrische Spannung

Elektrische Spannung entsteht durch Trennung von positiven und negativen Ladungsträgern. Die Spannung repräsentiert also die Differenz von Ladungen.

Spannung:     U

Einheit:         [U] = V

Gesetze:       U = R * I

Elektrischer Strom

Strom ist eine gerichtete Bewegung von elektrischen Ladungsträgern. Die Elektronen fliessen vom Minuspol zum Pluspol, der technische Strom fliesst jedoch vom Pluspol zum Minuspol.

Strom:          I

Einheit:         [I] = A

Gesetze:       I = Q/t

Die Stromstärke beträgt 1A, wenn 6.24E18 Elektronen pro Sekunde durch den Leiterquerschnitt fliessen.

Elektrischer Widerstand

Widerstand: R

Einheit:         [R] = W = V/A

Gesetze:       R = U/I

Elektrischer Leitwert

Leitwert:       G

Einheit:         [G] = 1/W = A/V

Gesetze:       G = 1/R = I/U

Spezifischer Widerstand

Der spez. Widerstand ist der Widerstandswert, der ein Stab von 1m Länge und 1mm2 Durchmesser bei 20°C hat (Materialgrösse).

Spez. Widerstand: r

Einheit:         [r] = (W * m2) / m

Gesetze:       r = R * A / l = U * A / (I * l)

Leitungswiderstand R = (r * l)/A

Leitfähigkeit

Die Leitfähigkeit ist der Kehrwert des spezifischen Widerstandes.

Leitfähigkeit: c

Einheit:         [c] = m / (W * m2)

Gesetze:       R = l / (c * A)

Widerstand & Temperatur - Temperaturbeiwert

Die Temperaturabhängigkeit eines Widerstandes wird mit dem Temperaturbeiwert a angegeben. a gibt die Widerstandsänderung für einen Widerstand von 1 W bei einer Temperaturänderung von 1°K an.

Temperaturbeiwert: a

Einheit:         [a] = 1 / °K

Gesetze:       Rw = Rk + Rk * a * DT
                   Rk = Rw / (1 +
a * DT)

Elektrolyte haben eine negative Widerstandscharakteristik (abschlagen von e-)

Elektrische Stromkreise

Ohmsches Gesetz

In einem Stromkreis ist die Stromstärke I der Spannung U porportional, wenn sich der Widerstand R nicht ändert.

Wird ein Widerstand von einem Strom durchflossen, so fällt an ihm eine Spannung ab, die sich nach dem Ohmschen Gesetz ergibt:

U = R * I

Serielle Widerstände

Kirchhoff Maschenregel: Die Spannung zwischen 2 Knoten ist auf jedem Leitungsweg gleich gross.

In einem unverzweigten Stromkreis ist die Summe der verbrauchten Spannungen gleich der erzeugten Spannung.

I = const

U = U1 + U2 + … bzw. R = R1 + R2 + …

Für zwei Widerstände gilt: U1 / U2 = R1 / R2

Parallele Widerstände

Kirchhoff Knotenregel: Bei jedem Knotenpunkt ist die Summe der zufliessenden Ströme gleich der Summe der abfliessenden Ströme.

I = I1 + I2 + …

U = const

U/R = U/R1 + U/R2 + …

1/R = 1/R1 + 1/R2 + …

G = G1 + G2 + …

Für zwei Widerstände gilt: R = R1*R2 / (R1 + R2)

Verkettung

Regeln für die Bestimmung der Spannung:

Widerstände: Entlang der fiktiven Stromrichtung +, sonst –

Stromquellen: Entlang der Route – zu + -> +, sonst -

Elektrische Arbeit und Leistung bei Gleichstrom

Elektrische Arbeit

Wenn eine Spannung U eine Ladung Q durch einen Leiter treibt wird Arbeit verrichtet.

Arbeit:          W

Einheit:         [W] = Ws = V*A*s

Gesetze:       W = U * Q = U * I * t (Joulsches Gesetz)

Elektrische Leistung

Leistung ist die Fähigkeit, in einer bestimmten Zeit eine bestimmte Arbeit zu verbringen.

Leistung:       P

Einheit:         [P] = W = V*A

Gesetze:       P = W / t = U * I = R * I^2 = U^2 / R

Magnetisches Feld

Grundlagen

Jeder elektrische Strom hat in seiner Umgebung ein magnetisches Feld. Die Feldlinien des Magnetfeldes entsprechen der Fingerregel.

Bei Spulen/Stabmagneten treten die Feldlinien aus einem Nordpol aus und in einem Südpol ein.

Dauermagnetismus

Die Elementarmagnete (kleiner Elementarstrom (Kreis); Weissesche Bezirke: kleine Bereiche im Eisen mit gleicher Ausrichtung (mikroskopisch klein)) eines ferromagnetischen Körpers können durch ein fremdes Magnetfeld ausgerichtet werden. Der Körper wird magnetisiert.

Hartmagnetische Werkstoffe behalten ihren Magnetismus nach verschwinden des ausrichtenden Feldes. Weichmagnetische Werkstoffe verlieren den Magnetismus weitgehend. Sie können häufig umgepolt werden.

Kraftwirkung magnetischer Felder

Auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wird eine Kraft ausgeübt.

Der stromdurchflossene Leiter hat ein eigenes Magnetfeld. Dieses überlagert sich mit dem äusseren Magnetfeld, wodurch ein feldverdichteter und feldverdünnter Raum entsteht. Magnetische Feldlinien haben das bestreben, sich zu verkürzen. Folglich wirkt eine Kraft in Richtung feldverdünntem Raum, genannt Lorenzkraft.

Feldstärke:    B

Einheit:         [B] = T = Vs / m^2

Lorenzkraft:   F

Einheit:         [F] = N = Ws / m

Gesetze:       F = B * I * l (l = Länge des Leiters im Magnetfeld)