Autor Thema: Grundlagen Elektrotechnik  (Gelesen 7915 mal)

Offline Ar3k

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Grundlagen Elektrotechnik
« am: Dienstag Januar 11, 2005, 19:40:48 »


1.Das Ohmsche Gesetz

Die wichtigsten Physikalischen Größen:

| Gr?sse           | Spannung   | Strom         | Widerstand | Leistung    
| Formelzeichen | U | I | R | P
| Einheit | Volt (V) | Ampere (A) | Ohm (Ω) | Watt (W)


Formeln zur Berechnung von fehlenden Größen:

I = U / R
R = U / I
U = I * R
P = U * I


Beispiele:

U = 12V
I = 6,25 A
R = ?

R = U / I = 12V / 6,25A
        R = 1,92Ω    
________________________________________

U = 9V
R = 250 Ω
I = ?

I = U / R = 9V / 250Ω
         I = 0,036A
________________________________________

I = 0,1A
R = 100Ω
U = ?

U = I * R = 0,1A * 100Ω
        U = 10V
________________________________________

U = 12V
I = 2A
P = ?

P = 12V * 2A = 24W
________________________________________

U = 12V
R = 6Ω
P = ?

(P = U * I; I = U / R --> P = U * U / R --> P = U^2 / R)

P = 12V^2 / 6Ω = 24W

Merke: eine spannungs?nderung bewirkt eine Leisungs?nderung im Quadrat!


Messverfahren zum ermitteln der einzelnen Größen:



Der Strom (A) wird immer in reihe zum Verbraucher (R) gemessen
Die Spannung (V) wird immer parallel zum Verbraucher (R) gemessen

Im Allgemeinen gilt nach dem Ohmschen Gesetz:

In einer Parallelschaltung, ist die Spannung überall gleich
In einer Reihenschaltung, ist der Strom überall gleich





2.Spannung [ U ]


Formelzeichen: V
Einheitenname: Volt
Einheitenzeichen: U
[Volta, italienischer Physiker, 1745 ? 1827]


Wird z.B. in einem Akku, durch das aufladen, die elektrische Ladung voneinander getrennt, hat diese das bestreben sich auszugleichen.

Als Beispiel, zwei Beh?lter mit Wasser:

                         
 
                      Batterie ist voll              (1)                                                         Batterie ist leer               (2)

So in etwa, kann man sich eine voll Batterie vorstellen.                    Durch den zwang sich auszugleichen, wird der zweite Beh?lter geflutet ? Ladungsausgleich
An dem einen Pol (links) herrscht Elektronen überschuss.                Durch das ?ffnen des Ventils, hat as Wasser nun die Möglichkeit sich auszugleichen.
An dem anderen Pol, herrscht Elektronen Mangel.                        


                   
Das unterschiedliche Potenzial in den Beh?ltern, hast das bestreben sich auszugleichen, wie z.B. eine Batterie.
In der Elektronik nennt man dies als Potenzialdifferenz.


Spannung entsteht durch Ladungstrennung (Bild 1)
- Es besteht ein Ausgleichsbestreben.

Das Ausgleichsbestreben, getrennter Ladungen, ist die elektrische Spannung [ U ]







3.Strom


Formelzeichen: I
Einheitenname: Ampere
Einheitenzeichen: A
[Andr? Marie Amp?re, franz?sischer Physiker, 1775 - 1836]


Das Ausgleichsbestreben der Ladungstr?ger vom Minus- zum Pluspol ist die Ursache für den Stromfluss.
Je höher die Spannung der Spannungsquelle, desto st?rker ist das Ausgleichsbestreben der Ladung.
Es werden mehr Elektronen durch den Leiter transportiert.
Die Anzahl der flie?enden freien Elektronen pro Sekunde durch den Leiter, ist das Ma? für die elektrische Stromst?rke.


Die elektrische Stromst?rke I ist die durch einen Leiterquerschnitt bewegte Ladung Q pro Zeit t.
Die Stromst?rke wird in der Einheit Amp?re [A] angegeben.


Beachte:

Der elektrische Strom erwärmt jeden Leiter (ausgenommen Supraleiter),
sowie verursacht immer ein Magnetfeld.
Um der Wärmeentwicklung entgegenzuwirken, immer entsprechenden Querschnitt nutzen.






4.Widerstand [R]

Formelzeichen: R
Einheitenname: Ohm
Einheitenzeichen: Ω
[Georg Simon Ohm, deutscher Physiker, 1787 - 1845]


Flie?t Strom durch einen Leiter, so bewegen sich die freien Elektronen zwischen den Atomen des Werkstoffes.

Diese Atome sind nicht im Leiter feststehend, sondern sie schwingen bei normaler Temperatur um ihren Ruhepunkt herum.




Ein Leiter mit einem kleinen Widerstand leitet den elektrischen Strom gut und hat somit einen großen Leitwert.
Umgekehrt gehört zu einem großen Widerstand, ein geringer Leitwert.[/b]


Nachtrag von E.T.:

ich m?chte an dieser Stelle für die Einsteiger ein paar wichtige Punkte hervorheben:


1. ohne spannung l?uft nichts.
spannung ist die ursache damit strom fliessen kann. der volksmund sagt manchmal f?lschlicherweise: 'auf dem kabel/auf der steckdose ist strom drauf' und meint damit eigentlich, dass spannung drauf ist. damit strom überhaupt erst fliessen kann sei zu beachten ...

2. der stromkreislauf muss geschlossen sein.
auch das steht teilweise scheinbar im widerspruch zu unseren erfahrungen, aber eben nur scheinbar.
jeder weiss, dass hohe spannungen gefährlich sind, und man deswegen keinesfalls den finger in die steckdose stecken oder gar eine hochspannungsleitung ber?hren soll (als für den menschen gefährlich eingestuft werden ?brigens: wechselspannung (ac) ab 50V, gleichspannung (dc) ab 120V).
einem vogel, der sich auf einer 20'000V hochspannungsleitung (ac) niederlässt, passiert aber nichts; eben weil kein geschlossener stromkreislauf entsteht. dazu m?sste er n?mlich mit einem fuss oder fl?gel den boden oder eine andere leitung ber?hren (oder zumindest nah genug rankommen. pro 1000V kann ein funken je nach luftfeuchtigkeit etwa 1mm weit springen).
eine verbindung mit dem boden schliesst ?brigens deshalb den stromkreis, weil der null- oder neutralleiter vom hausnetz geerdet ist. das gilt deshalb nur für die wechselspannung aus der steckdose und für geerdete ger?te wie auch pc/monitore es sind.
die niederspannung aus dem trafo für den discman oder die eletrische eisenbahn ist nicht mehr erdverbunden, somit kann kein strom gegen erde fliessen.

3. stromrichtung
wie arek schon geschrieben hat, besteht der strom in der regel aus elektronen, und die fliessen immer vom minuspol zum pluspol. laut definition geht die technische stromrichtung jedoch gneau andersrum, vom plus zum minus. wenn nichts anderes angegeben geht man immer von der technischen stromrichtung aus.

4. innenwiderstand
supraleiterer mal vorne weg gelassen (  ;) @ arek) hat jede spannungsquelle, jedes elektronische teil und sogar jedes kabel einen innenwiderstand und ist somit dem ohmschen gesetz unterworfen. sehr gut sieht man das zB bei einer batterie. selbst eine leere batteriezelle erzeugt eine spannung von 1.5V (wenn es sich um eine zink-kohle oder alkali-batterie handelt). trotzdem misst man mit dem batterietester oder bei einer total ausgleaugten batterie auch mit dem multimeter weniger. das deswegen, weil der innenwiederstand einer leeren batterie gr?sser geworden ist, und selbst beim messen fliesst ein gewisser strom, der dann zu einem spannungsabfall am innenwiderstand der batterie fährt: die 1.5V teilen sich zwischen dem innenwiderstand und der last auf.
bei einem kabel könnte man den widerstand theoretisch messen, je nach querschnitt ist er aber (bei kupferdraht) weit unterhalb vom messbaren bereich und somit vernachlässigbar; bei den d?nnen leiterbahnen einer platine ist er das aber oft nicht mehr.
bei spannungsquellen kann man den innenwiederstand nicht messen, sondern nur durch strom/spannungsmessung an einer ver?nderbaren last berechnen; auf keinen fall mit dem ohmmeter (messger?t auf widerstandsmessung) in die steckdose oder ins laufende netzger?t rein.

jeder widerstand ist ?brigens temperaturabhängig. meistens haben sie ptc verhalten, dh mit steigender temperatur wird der widerstand gr?sser. ausnahmen sind halbleiter, spezielle ntc-widerst?nde, und alle chemischen teile wie batterie, elektrolyt-kondensatoren etc.

es gibt ?brigens keinen festen stoff und in der natur auch kaum flüssige stoffe, die überhaupt nicht leiten. irgendeinem elektron gelingt es immer durchzukommen, sei es durch verunreinigung des stoffes, durch lockere verbindungen infolge hoher temperatur oder durch die sogenannte oberfl?chenleitfähigkeit (?usserste atome/molek?le, die keinen partner für eine bindung mehr haben). aus diesen umst?nden enstehender strom wird kriech- oder leckstrom genannt und ist praktisch immer unerw?nscht.

das wären mal die wichtigsten erg?nzungen meinerseits zum ohmschen gesetz. wichtig: diese grundlagen beschr?nken sich in erster linie auf gleichstrom. sie haben bei wechselstrom teilweise nur bedingte gültigkeit, dort k?men dann noch einige gesetze hinzu.
aber das ist erst mal nicht so wichtig, weil man bei seinen ersten bastelversuchen in der regel wenig bis gar nichts mit wechselspannugen zu tun hat.


to be continued[/size]
« Letzte Änderung: Freitag Februar 11, 2005, 00:16:40 von E.T. »

Offline The Godfather

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Re: Grundlagen Elektrotechnik
« Antwort #1 am: Dienstag Januar 11, 2005, 20:07:38 »
Sehr schön Arek :ja:

@meiseAC

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Re: Grundlagen Elektrotechnik
« Antwort #2 am: Dienstag Januar 11, 2005, 20:16:22 »
Zitat Anfang

Weiteres zu diesem Thema (Leitwert, Leiterwiderstand) gibt es demn?chst.

Zitat Ende

@ Arek

Als Anregung:
Bevor es ans eingemachte geht, könntest du die Leistung P gemessen in Watt behandeln.
( Mit diesem Begriff haben ja hier die meisten zu tun z.B. Netzteile )

Ansonsten Respekt, Respekt :ja:
« Letzte Änderung: Dienstag Januar 11, 2005, 20:18:11 von @meiseAC »

Offline MASTER-STYX

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Re: Grundlagen Elektrotechnik
« Antwort #3 am: Dienstag Januar 11, 2005, 20:32:33 »
cool arek ... wer sich die formel schwer merken kann hab ich was nettes:
den berg - URI  ;D

was gesucht wird denkt man sich einfach weg und zack steht da die formel ...
wenn man U abdenkt steht da R * I wenn man R sucht denkt man R ab und da steht dann U * I wenn man I abdekt steht U / R ^^
easy oder ?
ich weiß mein berg könnte schöner ausschauen aber ist halt ne eselsbrücke


   /U \
 /R * I \


PS:
es gibt noch ne coole eselsbrücke, wie man sich die planeten in der reihenfolge in unserer galaxie sich merken kann ^^

Mein - Vater - Erzählt - Mir - Jeden - Sonntag - Unsere - Neun - Planeten

Merkur - Venus - Erde - Mars - Jupiter - Saturn - Uranus - Neptun - Pluto

also immer die ersten buchstaben nehmen von dem satz da oben und zack kennt man alle planeten in der reihenfolge von der sonne aus  :ja:

Offline Flexus

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Re: Grundlagen Elektrotechnik
« Antwort #4 am: Dienstag Januar 11, 2005, 21:17:03 »
Mhhh... wenn wir in der Schule so schöne Hefteintr?ge h?tten, solltest die für unsren Lehrer machen.... War für mich zwar nichts neues, aber es gibt hier bestimmt einige die sich damit nicht so besch?ftigt haben bis jetzt...

Offline Ar3k

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Re: Grundlagen Elektrotechnik
« Antwort #5 am: Mittwoch Januar 12, 2005, 18:13:51 »
@ Ameise, die Leistung kommt nat?rlich auch noch dran ;) 8)

done . . .
« Letzte Änderung: Sonntag Januar 30, 2005, 21:57:08 von E.T. »