Elektronik / Elektrotechnik
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- Geschrieben von: Stefan Trucker
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In diesem Artikel befindet sich eine Übersicht über die einzelnen Themen der Fachgebiete Grundlagen der Elektrotechnik, Elektonik und Elektrotechnik
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Alle elektrischen Systeme funktionieren mit einem geschlossenen Stromkreis, man benötigt eine Spannungsquelle, Leiter und Verbraucher. Nur wenn einen Leiter von einem Pol der Spannungsquelle zu einem Anschluss des Verbrauchers und von der zweiten Seite des Verbrauchers ein Leiter zurück zum anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, kann Strom Strom Der elektrischen Strom ist der Fluss von Elektronen durch einen Leiter. fließen und so die elektrische Energie genutzt werden.
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Beim einfachen Stromkreis ist der Verbraucher zu jeder Zeit mit der Spannungsquelle verbunden. Das ausschalten, sprich das Öffnen des Stromkreises lässt sich nur durch zerstören einer Verbindung erzielen. Da dies nicht sehr praktisch ist, gibt es Schalter, die den Stromkreis, ohne Zerstören unterbrechen können.
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Die Flussrichtung der Elektronen ist vom Minuspol zum Pluspol, da die Elektronen wandern. Bei der technischen Stromrichtung Stromrichtung Achtung es gibt die technische Stromrichtung (Stromfluss von + nach -) und die physikalische Stromrichtung (Stromfluss von - nach +). ist es jedoch genau umgekehrt. Auf den meisten Schaltbildern verwendet man daher die technische Stromrichtung, die auch als konventionelle Stromrichtung bezeichnet wird. Das bedeutet, das man davon ausgeht, dass die Flussrichtung für den Strom so ist, dass sich die Protonen vom Pluspol zum Minuspol bewegen. Der Grund hierfür ist eine falsche Annahme in der Vergangenheit. Früher wusste man noch nicht, dass der Stromfluss durch die Bewegung der Elektronen erfolgt. Daher hatte man irrtümlicherweise angenommen, dass die Flussrichtung vom Pluspol zum Minuspol ist und verwendete diese Konvention auch in den Schaltbildern. Als man dann herausfand, dass es eigentlich genau umgekehrt ist, wollte man den Elektrikern die Umgewöhnung ersparen und behielt die alte Darstellungsweise des Stromflusses. Somit kann man zusammenfassend sagen, dass der Unterschied zwischen technischer und physikalischer Stromrichtung der ist, dass bei der physikalischen Stromrichtung die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol gehen und bei der technischen Stromrichtung die Protonen vom Plus- zum Minuspol. Die unterschiedliche Betrachtungsweise sorgt häufig für Verwirrung bei der Ermittlung der Lorentzkraft. Als Hilfsmittel haben sich dabei 3-Finger-Regel bewährt, wobei man die linke Hand nimmt, wenn man von der physikalischen Stromrichtung ausgeht und die rechte Hand, wenn man von der technischen Stromrichtung ausgeht.
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Jeder Leiter hat einen Widerstand, dem er den Strom entgegensetzt. Bei einem Leiter ist ein geringen Widerstand erwünscht. Benötigt man eine Strombegrenzung, so ist ein bestimmter Widerstand erwünscht.
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Die Stromdichte gibt an, wie dicht die Elektronen in einem Leiter zusammengedrängt sind. Je dichter und je mehr Elektronen zusammenkommen, desto häufiger und heftiger stoßen die Elektronen gegen die Atome. Die Zusammenstöße setzen Wärmeenergie frei. Die Erwärmung des Leiters steigt. Das kann so weit gehen, dass der Leiter glüht oder brennt.
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Verbindungskabel bestehen meist aus Kupferdraht, der mit einer isolierenden Kunststoffhülle ummantelt ist. In Leiterplatten („Platinen“) befinden sich metallische Leiterbahnen in einem isolierenden Trägermaterial (meistens Glasfasern mit Epoxidharz).
Grundsätzlich haben alle Metalle die Eigenschaft Strom zu leiten. Basen, Säuren und Salze haben auch freie Elektronen und können den Strom leiten, gelten jedoch nicht als gute Leiter.
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Man kann die Zahl der freien Elektronen in einem Halbleiterkristall künstlich erhöhen, oder verringern und diesen Vorgang nennt man Dotieren.
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In Verbindung mit dem OHM'schen Regel (Der OHM'sche Widerstand) und den 2 Regeln von Kirchhof, lassen sich die Spannungen und Ströme in Widerstandsnetzwerken leichter verstehen um diese richtig berechnen zu können.
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Ohne Spannung kann kein Strom fließen und bei Spannung handelt es sich um den Elektronenüberschuss am Minuspol und um einen Elektronenmangel auf dem Pluspol.
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Elektrische Energie kann in fast jede physikalische Energie (Bewegung, Wärme, Licht, ...) umgewandelt werden. Dies ist einer der Gründe, warum die elektrische Energie in fast jedem System zu finden ist.
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Der Durchgangsprüfer kann messen, ob eine Leitende Verbindung zwischen 2 Messpunkten besteht. So kann man prüfen, ob 2 oder mehrere Leiter so miteinander verbunden sind, dass es sich um eine elektrisch leitende Verbindung handelt. Somit lassen sich leicht Fehler an unterbrochenen Stromkreisen finden. Ob der Stromkreis geschlossen ist, wir mittels eines Akustischen oder Visuellen Signal angezeigt.
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Die elektrische Ladung..
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Materien können durch Ladungstrennung elektrisch geladen werden. Hat man mehr Elektronen als Protonen, wird der Körper negativ geladen. Bei einem Elektronenmangel wird der Körper positiv geladen. Zwischen einem positiv- und negativ- geladenem Körper gibt es eine Differenz an Elektronen. Diese Differenz sorgt für Druck auf die freien Elektronen und hierfür wird der Begriff elektrische Spannung verwendet. Ein anderer Begriff für Spannung ist Potenzialdifferenz. Zur Angabe der Spannung sind immer zwei Punkte notwendig, da man sonst keine Differenz angeben kann (bis auf Ausnahmen).
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Das Multimeter ist ein Mess- und Prüfgerät, dass aus mehreren Mess- und Prüfgeräten besteht. Meistens vereint es die Funktionen eines Voltmeter, Amperemeter, Durchgangsprüfer, Ohmmeter und viele mehr.
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Wenn man von Spannungsquellen spricht, redet man gerne auch von dem Erzeuger, gemeint ist, dass die elektrische Spannung erzeugt wird. In der Realität wird jedoch nur Energie umgewandelt, das heißt, dass eine physikalische Größe (nicht elektrische Energie) genutzt wird um diese in elektrische Energie umzuwandeln. Wie wir aus dem Kapitel Elektrische Ladungsträger -> Freie Elektronen, Leiter, Nichtleiter & Halbleiter wissen, existiert eine Spannung, wenn eine Ladungstrennung, sprich ein Elektronenüberschuss auf dem Minuspol und eine Elektronenmangel auf dem Pluspol herrscht.
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Gleichspannungsquellen, deren innerer Aufbau ohne Bedeutung ist, werden vereinfacht mit genormten Schaltzeichen dargestellt. Für galvanische Elemente, bei denen chemische in elektrische Energie umgewandelt wird, nutzt man Schaltzeichen A in Bild 6.1. Es symbolisiert eine Primärzelle bzw. einen Akkumulator. Akkumulatoren können im Unterschied zu Primärzellen wieder aufgeladen werden. Sind mehrere galvanische Elemente zur Spannungsvervielfachung in Reihe geschaltet, findet die in Teilbild B gezeigte Darstellung Verwendung. Werden Gleichspannungen aus anderen Formen elektrischer Energie erzeugt (generiert), ist das Schaltzeichen eines Generators zu verwenden. Das „G“ steht für Generator, der waagerechte Strich unter dem „G“ symbolisiert die Bereitstellung von Gleichspannung.
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ESD ist Abkürzung für die englischen Begriffe "Electro Static Discharge" was auf Deutsch "Elektrostatische Endtladung" bedeutet. Hierbei handelt es sich um 2 Objekte, deren Ladung unterschidlch ist und wenn diese sich nahe genug kommen gleichen sich die eletrischen Ladungsträger aus.
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Die Elektrische Arbeit ist Leistung je Zeit.
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Als Leistung wird zum Beispiel das Transportieren von Ziegeln gesehen. Hierbei kann ich jeden Ziegel einzeln, oder alle Ziegeln zur selben Zeit transportieren. Wird die gleiche Anzahl an Ziegeln Transportiert, so wird auch die gleiche Leistung verrichtet. Wichtig ist zu verstehen, dass bei der reinen Leistung die Zeit nicht berücksichtigt wird, sondern nur, das was „getan“ wurde.