Elektrizitätslehre Flashcards
Da coulombsche Gesetz
Dieses drückt die Kraft aus, die zwischen 2 Ladungen bei einem gewissen Abstand r wirkt.
F = 1/(4Piee0) * (Q1Q2)/r²
Q 1 und Q 2 = Ladungen (Coulomb)
r = Abstand (Meter)
F = Kraft (Newton)
e0 = Elektrische Feldkonstante (8,85*10 -12 )
Elektrostatisches Feld
Das elektrische Feld ist der Bereich im Raum um 2 Ladungen, in dem die Coulombschen Kräfte wirken. Die elektrischen Feldlinien verlaufen stets von der positiven zur negativen Ladung. Zeichnerisch wird die Stärke des Feldes durch eng beieinander liegende Feldlinien verdeutlicht.
Die elektrische Feldstärke kann man durch das Einbringen einer Probeladung messen.
Elektrische. Felstärke E = coulombsche Kraft F / Probeladung Q
Gleichstrom
Unter Gleichstrom bzw. bewegten Ladungen versteht man den Fluss von Ladungsträgern, dies können Elektronen sein aber auch Ionen in einer Salzlösung.
Elektrische Spannung
Die elektrische Spannung ist der Druck oder die Kraft auf freie Elektronen.
Die elektrische Spannung ist die Ursache des elektrischen Stroms.
Die elektrische Spannung entsteht durch den Ladungsunterschied zweier Punkte oder Pole.
Spannung U (V)= Energie W (J)/ Elektrische Ladung Q (C)
Stromstärke
Die Stromstärke wäre bei einer Wasserleitung das Äquivalent zum Volumenstrom, daher wie viel Volumen/Ladung fließt in welcher Zeit durch das Rohr/Leiter. Daraus ergibt sich auch die Formel:
Stromstärke I (A)= Ladungsmenge Q(C) / Zeit t (s)
Elektrische Arbeit
Wenn unter Druck der elektrischen Spannung Ladungsträger bewegt werden, wird Arbeit verrichtet.
Arbeit W (Ws) = Ladunsgmenge (C) * ele. Spannung (V)
Elektrische Arbeit W = Elektrische Leistung P *Zeit t
W= P*t
Elektrische Leistung
Die Leistung entspricht der Arbeit pro Zeiteinheit, demnach ergibt sich:
Leistung [W] = Arbeit [Ws]/Zeit [s]= Spannung [V] * Stromstärke [A]
P= UI=RI’2=U’2/R
Ohmscher Widerstand
Der elektrische Widerstand deckt sich von der Wortbedeutung her mit dem alltäglichen Begriff des Widerstandes. Im Stromkreis entspricht der Widerstand der Summe aller Einzelwiderstände aller Elemente (Kabel, Lampe, Motor, Heizspirale, Lautsprecher, etc.). - Die Einheit des Widerstandes ist Ohm, welches als V/A (Volt dividiert durch Ampere) definiert ist.
Ohmsches Gesetz
Das Ohm’sche Gesetz ist mehr als eine Formel für den Widerstand, es stellt allgemein eine Verbindung zwischen der Spannung, der Stromstärke und dem Widerstand her.
U = R ∗ I
Volt = Ohm * Ampere
Knotenregel
Diese Regel besagt, dass bei sich kreuzenden Stromleitungen die Summe der zufließenden gleich der Summe der abfließenden Stromstärke sein muss. Dies ist relativ klar, wenn man die Stromstärke mit Wasserfluss gleichsetzt. Es kann nicht Wasser verschwinden und/oder spontan neu entstehen.
I1 + I3 = I 5 + I 4 + I 2
Maschenregel
Die große Aussage hinter der Maschenregel ist, dass die Stromstärke (die „Wassermange“) sich bei gleichem Widerstand auf alle möglichen Wege gleichmäßig aufteilt. Bei 2 Wegen und einer Stromstärke von 1 Ampere wären das 0,5 Ampere pro Weg. Nach dem Ohm’schen Gesetz (U =R*I) gilt dementsprechend:
R1I1= R2I2
Maschenregel: In jedem geschlossenem Stromkreis ist die Summe der Quellenspannungen
gleich der Summe aller Spannungsabfälle oder die Summe aller Spannungen ist Null.
Gesamtwiderstand
1/Rges= 1/R1+ 1/R2….
Magnetische Influenz
Wenn ein Magnet einem magnetisierbaren Stoff nahekommt, so wird der Stoff ebenfalls magnetisiert und bekommt dessen Eigenschaften (allerdings abgeschwächt).
Das magnetische Feld
Der Raum, in welchem die magnetischen Kräfte wirken, heißt Magnetfeld. Dieses wird ebenso wie das elektrische Feld durch eine Feldlinienzeichnung beschrieben. - Die Richtung der Feldlinien ist als vom Nord- zum Südpol gehend definiert worden!
Ein Magnetfeld ist ein unsichtbares Kraftfeld, das durch Magneten oder durch die Bewegung von elektrischen Ladungen (Stromfluss) erzeugt wird.
Das Magnetfeld und der Strom
Um jede bewegte Ladung bildet sich ein Magnetfeld. Umso höher die Stromstärke (also die „Menge“ an Strom, welche durchfließt), umso höher die Felddichte. Die Feldlinien verlaufen im Gegensatz zum Magnet nicht in den Leiter hinein, sondern bewegen sich darum herum. (Kein Nord- und Südpol)
Die Feldliniendichte nimmt mit dem Abstand zum Leiter proportional ab.
Die stromdurchflossene spule
Um mit relativ wenig Strom ein starkes Magnetfeld zu erzeugen, eignet sich eine Spule. Hierbei addieren sich die Feldlinien.
Man hat erkannt, dass die magnetische Feldstärke proportional zur Windungsanzahl, zur Stromstärke und indirekt proportional zur Spulenlänge ist.
H= n*I/L ; H=magne. Feldstärke (A/m) N= Windungszahl (n) I= Stromstärke (A) L=Spulenlänge (m)
Lorenz kraft
Jede bewegte Ladung umgibt sich mit einem Magnetfeld. Wenn jedoch auf die Ladung bereits ein Magnetfeld von außen wirkt, so ergibt sich eine Wechselwirkung: die Lorenzkraft.
Lorentzkraft
Als Lorentzkraft bezeichnet man die Kraft, die auf einzelne bewegte Ladungsträger in einem Magnetfeld wirkt.
FL= QvB
FL= Lorentzkraft
Q=Ist die Gesamtladegewicht der Teilchen in coulomb
v= ist die Geschwindigkeit der geladenen Teilchen in Meter pro Sekunde
B= ist die magnetische Flussdichte in Newton pro amperemeter
Wechselstrom
Elektronen pendeln hin und her, I ist zeitlich konstant , Stromfluss in gleiche Richtung m Sinusförmig
Effektivwert
Eine häufige Verwendung eines Effektivwertes findet man bei der Wechselspannung, die man aus dem Stromnetz bzw. der Steckdose beziehen kann. Diese sinusförmige Spannung hat in Mitteleuropa den Nennwert von 230 V bei einer Frequenz von 50 Hz. Das sind 50 Umdrehungen in der Sekunde eines Rotors im Generator
Ieff= Umax/√2 und I eff= Imax/√2
Amplitude
Die Amplitude ist die maximale Auslenkung einer Welle und entspricht daher Umax und Imax.
. Beide errechnen sich durch Umkehroperation vom Effektivwert.
Frequenz
Die Periodendauer ist die Zeit, welche benötigt wird für eine positive und eine negative Auslenkung (siehe Bild). Der Kehrwert der Periodendauer ist die Frequenz, diese wird traditionellerweise in Hertz angegeben.
f=1/T
f= Frequenz (1/s bzw. Hz.)
T= Periodendauer (s)
Frequenzspektrum des menschlichen Auges
400-700nm
Ausbreitungsgeschwindigekeit
Wir kennen die Frequenz schon von früher, sie beschreibt die „Anzahl“ der Schwingungen pro Sekunde. Wenn man nun die Wellenlänge mit der Frequenz multipliziert erhält man die Ausbreitungsgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde.
C= f*λ
C= Ausbreitungsgeschwindigkeit
F=Frequenz (Hz oder 1/s)
λ = Wellenlänge (m)
Eine Elementarladung
1 e = 1.60217733 × 10’-19 C
Elektrostatisches Feld
Quellenfeld, positive Ladung -> Quelle, Negative-> Senke,
- jede elektrische Ladung ist von einem elektrischen Feld umgeben
- homogen , wenn betrag und Richtung der feldstärke überall gleich seine
- kreuzen und überschneiden sich nie
Ladungserhaltungsgesetz
Elektrische Ladung wird niemals zerstört oder erschaffen
- auf und Entladung entstehen durch die Bewegung von Ladungen
- in jedem System bleibt die Summe der vorhandenen elektrischen Ladung konstant
Elektrische Ladung Q
Gesamtsumme der getrennte Ladungen, EInheit Coulomb C, SI: As,
-> um eine Ladung von 1 Coulomb zu erreichen muss man 1/e von ihren Atomen trennen
Elektrische Leiter
Leiter : Metalle (Silver, Kupfer , ALuminium)
- Halbleiter: Halbleiter = Germanium, Sizilium, Selen
- NIchtleiter : (Isolatoren) = Porzellan, Glas, Kunststoffe
Spezifischer Widerstand
Der Widerstand eines Leiters bei bestimmter Länge mit bestimmtem Querschnitt und bei bestimmter Temperatur nennt man spezifischer Widerstand.
Leitwiderstand
Den Widerstand R den ein bestimmtes Material mit seinem spezifischen Widerstand mit einer Länge l und einem Querschnitt A hat berechnet sich mit der Formel:
R = p * l [m] / A [m ‘2 ]
Masche
Geschlossener Stromkreis
Wechselstrom
Elektrischer Strom, dessen Stärke und Richtung sich periodisch ändern und wird durch Generatoren oder elektrische Schwingungserzeuger (Sender) hergestellt. Eine Periode des Wechselstroms umfasst den Anstieg der Stromstärke von null auf den positiven Scheitelwert (Maximalwert oder auch Amplitude), den Abfall über null und den negativen Scheitelwert sowie den Anstieg wieder auf null.
Elektromagnetische Wellen
Als elektromagnetische Welle bezeichnet man eine Welle aus gekoppelten elektrischen und magnetischen Feldern. Beispiele für elektromagnetische Wellen sind Radiowellen, Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht, Röntgenstrahlung und Gammastrahlung. Elektromagnetische Wellen im Vakuum sind Transversalwellen.
Elektromagnetische Wellen bestehen aus Photonen. Elektromagnetische Wellen mit kurzer Wellenlänge, also hoher Photonenenergie werden im Sprachgebrauch häufig als elektromagnetische Strahlung bezeichnet. Im langwelligen Bereich spricht man eher von Wellen, etwa Radiowellen.
->Je kleiner die Wellenlänge, umso größer die Frequenz und umgekehrt. Die Wellenlänge ist somit
indirekt proportional zur Frequenz!
Wellenlänge eines Signals
Wellenlänge (m) = Lichtgeschwindigkeit (km/s) durch Frequenz (Hz)
λ = c/f
