Angewandte Elektronik an der Technische Hochschule Mittelhessen | Karteikarten & Zusammenfassungen

Angewandte Elektronik an der Technische Hochschule Mittelhessen

Karteikarten und Zusammenfassungen für Angewandte Elektronik an der Technische Hochschule Mittelhessen

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Elektrischer Stromkreis

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Angabe der Formelzeichen 


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Elektrisches Potential

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Gleichung der elektrischen Spannung

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Beispiel - Physikalische Größen 

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Wo wird Gleichstrom häufig verwendet?

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Veranschaulichungsbeispiel

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Einheit: Volt

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MKSA-System 


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Elektrische Spannung

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CGS-System

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Physikalische Größen - Allgemeine Annahme 


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Angewandte Elektronik

Elektrischer Stromkreis

  • Unter einem Stromkreis versteht man eine Verbindung zwischen verschiedenen Bauteilen, die einen Ladungstransport ermöglichen. Im einfachsten Fall besteht ein Stromkreis aus einer elektrischen Energiequelle, einem elektrischen Verbraucher und elektrischen Leitungen, die diese verbinden.


  • Im Normalfall beinhaltet ein elektrischer Stromkreis jedoch ein Vielzahl von Erzeugern, Verbrauchern sowie Parallel- und Reihenschaltungen. In nächsten Clip siehst du passend dazu eine Hauptplatine mit Kondensatoren und Widerständen:
  •  Da sich komplexe Stromkreise wie im Clip nur schlecht realistisch darstellen lassen, verwendet man in Plänen anstelle von detailgetreuen Abbildungen eine abstraktere Darstellungsart: den Schaltplan.

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Angabe der Formelzeichen 


Jede physikalische Größe hat sowohl in der Elektrotechnik als auch in anderen technischen Bereichen ein eindeutiges Formelzeichen. Hierbei werden entweder lateinische oder griechische Buchstaben verwendet. Diese Grundzeichen können bei Bedarf um ein Nebenzeichen ergänzt werden. Letzteres wird in den meisten Fällen hinter dem Grundzeichen tiefgestellt, kann aber auch an anderen Positionen an das Grundzeichen gebunden sein.


*Beispiel:  U12= Spannung zwischen zwei Bereichen
△W= Differenzwert zwischen zwei Energiewerten
 Wpot= Information zur Einordnung des Wertes (hier: Einordnung des Wertes als potentielle Energie) 

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Elektrisches Potential

Begriffe wie die elektrische Arbeit und die elektrische Leistung ließen sich ohne die Kenntnis über das elektrische Potential kaum verstehen. Durch das elektrische Potential φ [alternativ: ϕ oder Φ] wird die elektrische Energie W einer Ladung Q in einem Punkt eines Raumes beschrieben. Entsprechend sieht dann auch die zugehörige Gleichung des elektrischen Potentials aus:

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Gleichung der elektrischen Spannung

Die elektrische Spannung ergibt sich, wie bereits beschrieben, aus einer Potentialdifferenz

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Beispiel - Physikalische Größen 

Der Durchmesser des betrachteten Leiters beträgt D=5→ Keine Aussagekraft. Es fehlt eine Maßeinheit wie m,mm,cm oder μm

Die gemessene Spannung beträgt U=100V führt zu ganz anderen Ergebnissen, als eine Spannung die fälschlicherweise in mV hätte angegeben werden müssen.

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Wo wird Gleichstrom häufig verwendet?

Gleichstrom wird häufig in batteriebetriebenen Geräten verwendet, dazu zählen z.B. batteriebetriebene Radios, MP3-Player oder Taschenlampen

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Veranschaulichungsbeispiel

Exkurs in den Bereich der Mechanik:

Die Mechanik beschäftigt sich zwar nicht direkt mit elektrischen Potentialen, aber sie behandelt mechanische Potentiale. Letztere sollen helfen die Wirkweise eines elektrischen Potentials besser zu verstehen:

Stelle dir eine Kugel mit einer Masse m vor, die ohne äußere Einwirkung auf der Erdoberfläche liegt. Wir nehmen dabei an, dass die Oberfläche [inkl. Erdanziehungskraft] als Bezugsniveau dient. Dies bedeutet für die Kugel, dass sie im aktuellen Zustand die potentielle mechanische Energie Wpot=0 besitzt. Gehe nun zur Kugel und hebe diese mit deiner Hand hoch. Jetzt hast du mechanische Arbeit Wmech verrichtet. Diese Arbeit ist nun in der Masse der Kugel als potentielle Energie gespeichert Wmech=Wpot. Würdest du nun die Kugel noch weiter emporheben, so würde auch die potentielle Energie Wpot weiter steigen. Lässt du jetzt die Kugel fallen, so entfernst du die Kraft, die der Erdanziehungskraft entgegenwirkt. Während die Kugel wieder Richtung Erde fällt, gibt sie ihre potentielle Energie kontinuierlich ab bis sie beim Aufprall erneut den Ausgangswert Wpot=0 annimmt.

Wendet man diesen Fall auf eine elektrische Anordnung an, so hat man eine elektrische Ladung Q, die sich auch auf der Erdoberfläche befindet und durch ihre elektrische Gegenladung −Q elektrisch neutralisiert wird. Das elektrische Potential der Erde stellt hierbei das konstante Bezugspotential φ0=0 dar. Es hat die Eigenschaft, dass ihre Ladungen keine potentielle elektrische Energie besitzen. In unserem Fall hat die betrachtete Ladung die potentielle elektrische Energie Wpot=0.

Trennen wir jetzt wie im Fall der Kugel die Ladungen voneinander, indem wir durch eine äußere Kraft die Ladung Q entgegen der Anziehungskraft der Erde [sowie der Gegenladung −Q] anheben, so führen wir, wie im anderen Beispiel, dem System eine mechanische Arbeit Wmech zu. Gespeichert wird diese Arbeit in der Ladung als potentielle elektrische Energie Wpot=Wmech. Auch hier gilt: Je größer die Entfernung zum Bezugsniveau, umso höher auch die potentielle elektrische Energie.

Entfernen wir nun die Kraft, die die Distanz aufrechterhalten hat, so bewegt sie sich zurück zur Erde und gibt ihre elektrische Energie wieder vollständig ab

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Einheit: Volt

Die Angabe des Zahlenwertes erfolgt hierbei in Volt V.

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MKSA-System 


Das MKSA-System oder Meter-Kilogramm-Sekunde-Ampere-System gibt die Grundeinheiten [Basiseinheiten] für die physikalischen Größen Länge, Masse, Zeit und elektrische Stromstärke an.

  • Länge l → verwendete Einheit: Meter m
  • Masse m → verwendete Einheit: Kilogramm kg
  • Zeit t → verwendete Einheit: Sekunde s
  • Elektrische Stromstärke I → verwendete Einheit: Ampere A

*Zur Anwendung kommt das MKSA-System vorrangig in der Technik.


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Elektrische Spannung

Eine elektrische Spannung liegt immer dann vor, wenn eine elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten existiert. In der Elektrotechnik wird die Spannung durch das Formelzeichen U ausgedrückt und die Einheit, in der die elektrische Spannung gemessen wird, ist verständlicherweise wie beim Potential das Volt V.

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CGS-System

Das CGS-System oder Zentimeter-Gramm-Sekunde-System verwendet entsprechend andere Grundeinheiten [Basiseinheiten] zur Beschreibung der physikalischen Größen Länge, Masse und Zeit.

  • Länge l → verwendete Einheit: Zentimeter cm
  • Masse m →verwendete Einheit: Gramm g
  • Zeit t →verwendete Einheit: Sekunde s

*Dieses Größensystem wird vorrangig in der Physik eingesetzt. 

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Physikalische Größen - Allgemeine Annahme 


Damit ein technisches oder physikalisches Phänomen ausreichend genau beschrieben und anschließend verglichen werden kann, muss darauf geachtet werden, dass Begriffe, Einheiten und Formeln klar definiert sind. Hierbei spielen besonders die Begriffe Qualität und Quantität eine entscheidende Rolle.

In Bezug auf die Qualität kann folgende Frage auftreten:

  • In welchen Einheiten liegen die Ergebnisse vor?

In Bezug auf die Quantität stellt sich beispielsweise die Frage:

  • Sind die Ergebnisse der Untersuchung reproduzierbar?

Ein Satz wie "Die Ergebnisse waren positiv" klingt zwar vielversprechend, hat aber keinerlei Aussagewert! Daher werden nachfolgend einige Kriterien für eine eindeutige Beschreibung vorgelegt.

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