Grundlagen der Elektrotechnik

 

Grundlagen der Elektrotechnik

LERNEN – ÜBEN – VERTIEFEN

 

INHALT – Grundlagen der Elektrotechnik

 

Einleitung

Das griechisches Alphabet

Naturkonstanten

SI-Vorsätze

SI-Basiseinheiten

Raum und Zeit

Mechanik und Akustik

Elektrizität, Magnetismus und Licht

Temperatur und Wärme

Radioaktivität, ionisierende Strahlung und Chemie

Radiometrie

Schmelzsicherungen – DIAZED

Zusammenhang Überstromschutzeinrichtung zum Leiterquerschnitt

Leuchtmittel

Farbwiedergabeeigneschaften und Lichtfarbe

Reflexionsfaktoren wichtiger Farben und Materialien

Nennbeleuchtungsstärken als Richtgröße

Zu den Grundlagen der Elektrotechnik

 

Einleitung

  • Einleitung in die Grundlagen der Elektrotechnik

An dieser Stelle möchte ich euch in die
Grundlagen der Elektrotechnik führen.
Ihr bekommt hier die theoretischen
Grundlagen der Elektrotechnik mit Beispielaufgaben und
zur Vertiefung der einzelnen Fachgebiete auch separat
Lösungen zu den Aufgaben.

Wenn ihr Fragen zu den Themen der Grundlagen der Elektrotechnik habt,
so bitte ich euch mir eine E-Mail zu schicken,
ihr findet das Email-Formular auf jeder Seite ganz unten.

 

Das griechisches Alphabet

  • In der Elektrotechnik verwendete griechische Buchstaben

Großbuchstabe Kleinbuchstabe Name
Α α Alpha
Β β Beta
Γ γ Gamma
Δ δ Delta
Ε ε Epsilon
Ζ ζ Zeta
Η η Eta
Θ θ Theta
Ι ι lota
Κ κ Kappa
Λ λ Lambda
Μ μ My
Ν ν Ny
Ξ ξ Xi
Ο ο Omikron
Π π Pi
Ρ ρ, ϱ Rho
Σ σ, ς Sigma
Τ τ Tau
Υ υ, ϒ Ypsilon
Φ φ Phi
Χ χ Chi
Ψ ψ Psi
Ω ω Omega

 

Naturkonstanten

  • Die Verwendung von Naturkostanten in der Elektrotechnik

Name Symbol Wert Einheit
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c 299 792 458 m⋅s-1
Magnetische Feldkonstante μ0 4π⋅10-7 = 12,566370614⋅10-7 Vs/Am (N⋅A2)
Elektrische Feldkonstante ε0 8,854 187 817⋅10-12 As/Vm (F⋅m-1)
Gravitationskonstante G 6,67390⋅10-11 m3⋅kg-1⋅s-2
Planck-Konstante h 6,626 070 15⋅10-34 J⋅s
Elementarladung e 1,602 177⋅10-19 C
Magnetisches Flussquantum Φ0 2,067 833 667 ± 0,000 000 052⋅10-15 Vs
Leitfähigkeitsquantum G0 7,748 091 700 4(53)⋅10-5 S
Masse eines Elektrons me 9,109 381 88⋅10-31 kg
Masse eines Protons mp 1,675⋅10-27 kg
Atomare Masseneinheit me 1,66054⋅10-27 kg
Feinstrukturkonstante α 7,297 352 566 4⋅10-3 kg
Rydberg-Konstante R 10 973 731,568 508 m-1
Avogadro-Konstante NA 6,02214086⋅1023 mol-1
Faraday-Konstante F 96 485,309 C⋅mol-1
Gaskonstante R 8,314 510 ±0,000 070 J⋅mol-1⋅K-1
Boltzmann-Konstante k 1,38064852⋅ 10-23 J⋅K-1 = m2⋅kg⋅s-2⋅kg⋅s-2K⋅s-1

 

SI-Vorsätze

  • SI-System, ist ein internationales Einheitensystem,
    die Bezeichnung kommt aus dem französischen
    (Système d’unités SI).

Zahl/Zahlenwert 10er Potenz Vorsatz-Name Symbol
1 000 000 000 000 000 000 000 000 1024 Yotta Y
1 000 000 000 000 000 000 000 1021 Zetta Z
1 000 000 000 000 000 000 1018 Exa E
1 000 000 000 000 000 1015 Peta P
1 000 000 000 000 1012 Tera T
1 000 000 000 109 Giga G
1 000 000 106 Mega M
1 000 103 Kilo k
100 102 Hekto h
10 101 Deka da
1 100    
0,1 10-1 Dezi d
0,01 10-2 Zenti c
0,001 10-3 Milli m
0,000 001 10-6 Mikro μ
0,000 000 001 10-9 Nano n
0,000 000 000 001 10-12 Piko p
0,000 000 000 000 001 10-15 Femto f
0,000 000 000 000 000 001 10-18 Atto a
0,000 000 000 000 000 000 001 10-21 Zepto z
0,000 000 000 000 000 000 000 001 10-24 Yokto y

 

Si – Basiseinheiten

  • Internationales Einheitensystem

Größe Formel-
zeichen
Einheiten-
name
Einheiten-
zeichen
Definition
Länge l Meter m 1m ist die Länge der Strecke, welche das Licht im Vakuum in der Zeit von 1/299 792 458 s durchläuft.
Masse m Kilo-
gramm
kg 1kg entspricht der Masse des Urkilogramms, bestehend aus Platin – Iridium: Zylinder von 39cm auf 39cm aus 90% Platin und 10% Iridium
Zeit t Sekunde s 1s ist die Schwingungsdauer der atomaren Strahlung des Cäsium133 Atoms.
(9 192 631 770 Schwingungen)
elektrische
Stromstärke
I Ampere A 1A ist die Stärke eines zeitlich unveränderlichen elektrischen Stroms, der durch zwei im Vakuum parallel im Abstand von 1m zueinander angeordnete, geradlinige und unendlich lange Leiter von vernachlässigbar kleinem kreisförmigem Querschnitt fließt und dabei pro 1m Länge zwischen diesen Leitern eine Kraft von 2 mal 10-7 N hervorruft
thermody-
namische Temperatur
T Kelvin K 1K ist der 273,16-te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes des Wassers
Stoffmenge n Mol mol 1mol ist die Stoffmenge eines Systems, das aus ebenso viel Einzelteilchen besteht, wie Atome in 0,012 kg des Kohlenstoffnuklides12C enthalten sind
Lichtstärke Iv Candela cd 1cd ist die Lichtstärke einer Strahlungsquelle in einer bestimmten Richtung, die eine monochromatische Strahlung der Frequenz
540⋅ 1012 Hz (grün-gelbes Licht) aussendet und deren Strahlstärke in dieser Richtung 1/683W pro Raumwinkel (Steradiant) beträgt.

 

Si

  • Länge – Fläche – Volumen – Ebener Winkel – Raumwinkel – Zeit – Geschwindigkeit – Beschleunigung – Frequenz – Drehzahl

Größe SI-Einheiten weitere Einheiten Beziehung zwischen den Einheiten ungeregelte Einheiten und Bemerkungen
Länge m – Meter     Fermi: 1fm = 10-15 m
        Seemeile: 1sm = 1,852 km
        Parsec: 1pc = 3,0857 ⋅ 1016 m
Fläche m2 – Quadratmeter a (Ar) 1 a = 100 m2  
    ha (Hektar) 1 ha = 10 000 m2  
    b (Barn) 1 b = 100 fm2 = 10-28 m2  
Volumen m3 – Kubikmeter l, L (Liter) 1 l = 1 dm3  
Ebener Winkel rad – Radiant   1 rad = 1 m/m = 1 auch Winkelminute
    ° – Grad
' – Minute
" – Sekunde
1° = (π /180) rad
1' = 1°/60
1" = 1'/60
auch Winkelsekunde
Raumwinkel sr (Steradiant)   1 sr = 1 m2/m2  
Zeit s (Sekunde) min (Minute) 1 min = 60 s  
    h (Stunde) 1 h = 3600 s  
    d (Tag) 1 d = 86 400 s  
Geschwindigkeit m/s km/h 1 km/h = 0,2778 m/s Mach: 1M = ca. 340 m/s
        1 Knoten: 1kn = 0,514444 m/s
Beschleunigung m/s2     1 Gal: 10-2 m/s2
Frequenz Hz (Hertz) 1/s 1 Hz = 1/s  
Drehzahl 1/s 1/min, U/s, U/min   Umdrehung: U

 

Mechanik und Akustik

  • Masse – längenbezogene Masse – Dichte – Impuls – Massenträgheitsmoment – Kraft – Drehmoment – mechanische Spannung – Druck – Energie / Arbeit / Wärmemenge – Leistung, Wärmestrom – Schallleistung – Schalldruck – Dynamische Viskosität – Kinematische Viskosität
Größe SI-Einheiten weitere Einheiten Beziehung zwischen den Einheiten ungeregelte Einheiten und Bemerkungen
Masse kg – Kilogramm g (Gramm) 1 t = 1 000 kg Zentner: 1 q = 50 kg
    u (atomare Masseneinheit) 1 u = 1,6605402-27 kg  
längenbezogene Maße kg/m tx (für textile Fäden) 1 tex = 10-6 kg/m = 1 g/km Denier: 1 den = 1/9 ⋅ 10-6 kg/m
Dichte kg/m3      
Impuls kgm/s3   1 kgm/s = 1 Ns  
Massenträgheitsmoment kg ⋅ m2     1 kpms2 = 9,80665 kgm2
Drehmoment Nm2     1 kpm = 9,80665 Nm
mechanische Spannung N/m2     1 kp/cm2 = 9,80665 N/cm2
Druck Pa (Pascal) bar (Bar) 1 Pa = 1/m2 1 at = 1 kp/cm2 = 0,980665 bar
        1 atm = 760 Torr = 1,01325 bar
      1 bar = 105 Pa 1 Torr = 1,33322 mbar
    mmHg (Millimeter Quecksilbersäule) 1 mmHg = 1,33322 ⋅ 102 Pa 1 barye = 0,1 Pa
Energie / Arbeit / Wärmemenge J (Joule) kWh (Kilowattstunde) 1 J = 1 Nm = 1 Ws Kalorie: 1 cal = 4,1868 J
      1 kWh = 3,6 MJ 1 kpm = 9,80665 J
    eV (Elektronenvolt) 1 eV = 1,60217733 ⋅ 10-19 J 1 PSh = 2,6478 MJ
        1 erg = 10-7 J
        thermie: 1 th = 4,1855 MJ
        1 SKE = 29,3076 MJ
Leistung, Wärmestrom W (Watt)   1 W = 1 J/s 0 1 Nm/s = 1 VA 1 PS = 75 kpm/s 0 0,735499 kW
        1 kcal / h = 1,163 W
Schallleistung W (Watt)   Schallleistungspegel [db] 10 log Schallleistung [pW] 1/pW
Schalldruck Pa (Pascal) Dezibel (dBSPL Schalldruck [µPa]
20/µPa
Schallleistung [pW] 1/pW
Kinematische Viskosität m2/s     Stokes: 1St = 10-4 m2/s
Dynamische Viskosität Pas   1 Pas = 1 Ns/m2 Poise: 1 P = 10-1 Pas

 

Elektrizität, Magnetismus und Licht

  • elektrische Stromstärke – elektrische Ladung – elektrische Spannung – elektrischer Widerstand – elektrischer Leitwert – elektrische Kapazität – magnetischer Fluss – Induktivität – magnetische Feldstärke – Lichtstärke – Leuchtdichte – Lichtstrom – Beleuchtungsstärke – Lichtmenge – Belichtung – Brechkraft optischer Systeme

Größe SI-Einheiten weitere Einheiten Beziehung zwischen den Einheiten ungeregelte Einheiten und Bemerkungen
elektrische Stromstärke A – Ampere      
elektrische Ladung C – Coulomb   1 C = 1 As  
    Ah 1 Ah = 3600 C  
elektrische Spannung V – Volt   1 V = 1 W/A  
elektrischer Widerstand Ω – Ohm   1 Ω = 1 V/A  
elektrischer Leitwert S – Siemens   1 S = 1/Ω  
elektrische Kapazität F – Farad   1 F = 1 C/V  
magnetischer Fluss Wb – Weber   1 Wb = 1 V/s = 1 Ws/A Maxwell: 1 Mx = 10-8 Wb
magnetische Flussdichte T – Tesla   1 T = 1 Wb/m2 Gauss: 1 G = 10-4 T
Induktivität H – Henry   1 H = 1 Wb/A  
magnetische Feldstärke A/m     Oersted: 1 Oe = (1 000 / 4π) A/m
Lichtstärke cd – Candela      
Leuchtdichte cd/m2     Stilb: 1 sb = 104 cd/m2
        ApoStilb: 1 asb = (1/π) cd/m2
        Lambert: 1 La = (1/π) 104 cd/m2
Lichtstrom lm – Lumen   1 lm = 1 cdsr  
Beleuchtungsstärke lx – Lux   1 lx = 1 lm/m2  
Lichtmenge lms – Lux     Talbot: 1 Tb = 1lms
Brechkraft optischer Systeme   Dioptrie 1 Dioptrie = 1/m  

 

Temperatur und Wärme

  • Temperatur – Wärmekapazität, Entropie – spezifische Wärmekapazität – spezifische innere Energie – Wärmeleitfähigkeit – Wärmeübergangskoeffizient

Größe SI-Einheiten weitere Einheiten Beziehung zwischen den Einheiten ungeregelte Einheiten und Bemerkungen
Temperatur K – Kelvin °C – Grad Celsius Temperatur [°C] =
Temperatur [K] -273,15
 
      Temperatur Differenz
1°C = 1K
 
Wärmekapazität Entropie J/K     1 kcal/°C = 4,1868 kJ/K
        Clausius: 1 Cl = 4,1868 J/K
spezifische Wärmekapazität J/(kgK)     1 kcal/(kg°C) = 4,1868 kJ/(kgK)
innere Energie J/kg     1 kcal/kg = 4,1868 kJ/kg
Wärmeleitfähigkeit W/(mK)     1 kcal/(hmC) = 1,163 W/(mK)
Wärmeübergangskoeffizient W/(m2K)     1 kcal/(hm2°C) = 1,163 W/(m2K)

 

Radioaktivität, ionisierende Strahlung und Chemie

  • Aktivität – Energiedosis – Äquivalentdosis – Ionendosis – Stoffmenge – stoffmengenbezogene Masse – katalytische Aktivität – Stoffmengenkonzentration – Stoffmengengehalt – stoffmengenbezogenes Volumen – Massengehalt, Saccarose in Wasser

HuHu

 

Radiometrie

  • Strahlungsleistung – Strahlstärke – Strahldichte – Strahlungsstärke – Strahlungsenergie – Bestrahlung

HuHu

 

Schmelzsicherungen – DIAZED

  • Nennstrom verschiedener Überstromschutzeinrichtungen

HuHu

 

Zusammenhang Überstromschutzeinrichtung zum Leiterquerschnitt

  • Ausgewählte spezifische Stoffwerte -1-

HuHu

 

  • Ausgewählte spezifische Stoffwerte -2-

HuHu

 

Leuchtmittel

  • Von Halogenglühlampen bis Natriumdampflampen

HuHu

 

Farbwiedergabeeigneschaften und Lichtfarbe

  • Glühlampen – Halogenglühlampen – Leuchtstofflampen, tw, nw, ww – Quecksilberdampflampen – Natriumdampflampen – Metalldampflampen

HuHu

 

Reflexionsfaktoren wichtiger Farben und Materialien

  • Farbe, Material, Reflexionsgrade

HuHu

 

Nennbeleuchtungsstärken als Richtgröße

  • Zuordnung von Sehaufgaben – Werte in LUX

HuHu

 

Hier geht es zu den Grundlagen der Elektrotechnik – Teil 1

Themenübersicht der Grundlagen der Elektrotechnik – Teil 1

 

  • Die Stromdichte
  • Das Ohmsche Gesetz – Aufgaben mit dem elektrischen Widerstand
  • Das Ohmsche Gesetz – Aufgaben mit dem elektrischen Leitwert
  • Der spezifische Widerstand – Abmessungen
  • Die spezifische Leitfähigkeit – Abmessungen
  • Temperaturabhängigkeit von elektrischen Widerständen
  • Die elektrische Leistung
  • Die elektrische Arbeit
  • Elektrische Leistung und elektrische Arbeit
  • Elektrische Arbeit und Energiekosten
  • Der Einzelwirkungsgrad in der Elektrotechnik
  • Der Gesamtwirkungsgrad in der Elektrotechnik
  • Die Reihenschaltung von elektrischen Widerständen
  • Schaltungen mit einem Vorwiderstand
  • Die Parallelschaltung von elektrischen Widerständen
  • Gemischte elektrische Schaltungen
  • Die Spannungsteilerschaltung in der Elektrotechnik
  • Die Brückenschaltung in der Elektrotechnik
  • Dreieck – Stern und Stern – Dreieck Umwandlung
  • Messschaltung in der Elektrotechnik
  • Beachtung von Messgerätefehler
  • Der Spannungsfall auf Kabel und Leitungen
  • Die chemische Wirkung des elektrischen Stroms
  • Galvanische Elemente – Das Primärelement
  • Das Entladen eines Primärelements
  • Das Sekundärelement in der Elektrotechnik
  • Die Ersatzspannungsquelle in der Elektrotechnik
  • Die Ersatzstromquelle in der Elektrotechnik
  • Anpassungen – Spannungsanpassung / Leistungsanpassung / Stromanpassung
  • Die Reihenschaltung von Spannungsquellen in der Elektrotechnik
  • Die Parallelschaltung von Spannungsquellen in der Elektrotechnik
  • Gemischte Schaltungen von Spannungsquellen in der Elektrotechnik
  • Netzwerke – Kreisstromverfahren in der Elektrotechnik
  • Netzwerke – Die Überlagerungsmethode

 

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