3. Elektrische Grundgrößen (siehe Vortrag) - NoLuck

Torsten Witt
Elektronik
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3. Elektrische Grundgrößen (siehe Vortrag)
a) Elektrische Ladung
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Formelzeichen: Q
o Setzt sich aus e- (elektr. Elementarladung) zusammen
Einheit: C (Coulomb) = As (Amperesekunde)
1As = 6,24 ⋅ 1018 Elementarladungen
Eine Menge von elektr. Elementarladungen nennt man eine elektr.
Ladung.
1As = 1C
e − = −1,602 ⋅ 10 −19 As
e + = 1,602 ⋅ 10 −19 As
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Darstellung: Feldlinienbilder
+
Inhomogenes Feld
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Homogenes Feld
Messgerät: Elektroskop
Quelle: „Das Bertelsmann Lexikon in 24 Bänden“
! Ist Vorraussetzung für alle elektr. Erscheinungen
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b) Elektr. Spannung
- Formelzeichen: U
- Einheit: V (Volt)
Die elektr. Spannung ist der auf den Ladungsträger liegende Antrieb.
Eine elektr. Spannung haben wir immer dann, wenn zwischen 2 Polen ein
Unterschied in der elektr. Ladung besteht.
Eine elektr. Spannung kann nur zwischen 2 Polen bestehen.
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Arten der Spannung:
o Gleichspannung: es steht gleiche Größe und Polarität in einer Periode
o Wechselspannung: ändert Größe und Polarität innerhalb einer bestimmten Zeitperiode
o Mischspannung: besteht aus Gleich- und Wechselspannung
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Messgerät:
o Voltmeter (digital oder analog)
V
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o Osziloskop
Messung: Die Messung erfolgt parallel zum Bauelement.
b) Potenzial
Formelzeichen: φ
- Potenzialbestimmung: 1 gemeinsamer Bezugspunkt und mehrere Messungen
Spannungsunterschied zwischen 2 Bezugspunkten.
c) Elektr. Strom
- Formelzeichen: I
- Einheit: A (Ampere)
Gerichtete Bewegung von Ladungsträgern.
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Bewegung bei verschiedenen Aggregatzuständen:
o fest:
Elektronenstrom
o flüssig:
Elektrolyten- und Ionenströme
o gasförmig:
Elektronen- und Ionenströme
Fließt nur dann, wenn eine Spannung auf die freien Ladungsträger ein Antrieb wirksam ist und wenn
der Stromweg durchgängig aus Leitermaterial besteht.
Werkstoffe:
o Leiter: Silber, Kupfer, Aluminium, Eisen, Gold, Quecksilber
o Nichtleiter: Keramik, Glas, Gummi, PVC, Luft
o Halbleiter ! sind Stoffe die erst unter bestimmten Bedingungen
von Nichtleitern zu Leitern werden.
• Bedingungen
o Temperatur
o Druck
o Licht
o Spannung (Varistor)
o Chem. Reaktion (Rauchmelder)
o Elektr. Strom (bipolarer Transistor)
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Wirkung:
o magnetisches Feld
o chem. Reaktion (tritt im Ionenleiter auf)
o Wärme (im Leiter)
o pathologische Wirkung (Wirkung auf den Menschen)
o Lichtwirkung
Eigenschaften:
o durchsetzt gleichförmig Leiter
o gerichtete Bewegung freier Ladungsträger
o der Strom ist ein in sich geschlossenes Band freier Ladungsträger ohne Anfang und Ende
Stromrichtung:
o Technische Stromrichtung:
plus zu minus
o Physikalische Stromrichtung: minus zu plus
Arten des Stromes:
o Gleichstrom: stets gleiche Richtung und Größen
o Wechselstrom: periodische Änderung
o Drehstrom/Dreiphasenwechselstrom
Messgerät: Amperemeter
A
-
Messung:
o Die Messung erfolgt in Reihe zum Bauelement (hinter dem Bauelement).
Ri
-
A
o Nur messen wenn ein Verbraucher vorhanden ist (Kurzschluss)
Physikalischen Größen des elektrischen Stromes:
Der elektrische Strom wird durch die physikalischen Größen Stromstärke und Stromdichte erfasst.
Die Stromstärke I ist die auf die Zeiteinheit bezogene Ladungsmenge Q, die sich im Leiter
bewegt.
Definitionsgleichung der Stromstärke
I=
∆ ⋅Q
∆ ⋅t
Q Ladungsmenge in Coulomb
Q = 1 ⋅ s = 1Q
Die Stromdichte J ist die auf der Leiterfläche bezogene Stromstärke I
Definitionsgleichung der Stromdichte
S=J=
I
A
Die Einheit der Stromdichte
[J ] =
1A
mm 2
Quelle: „Vortrag Ladung und Spannung“ von Rene Peagelow, Dirk Schneider
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d) Widerstand
Formelzeichen: R
Einheit: Φ (Ohm)
Behinderung des elektr. Stromflusses durch einen Stoff.
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abhängig von:
o spez. Widerstand ρ (1m, 20°C)
o spez. Leitfähigkeit γ (Kehrwert vom spez. Widerstand)
o Länge l (in m)
o Querschnitt
Berechnung: R =
U
I
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