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Elektrotechnik

Physikalische Größen

Im bisherigen Verlauf des Kurses wurden bereits einige wichtige physikalische Größen vorgestellt und verwendet. Für den weiteren Verlauf dieses Kurses wird erneut auf diese eingegangen und es werden einige allgemeingültige Regeln für deren Nutzung aufgestellt. 

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.

Angabe einer physikalischen Größe

Eine physikalische Größe sollte immer aus einem Zahlenwert und einer zugehörigen Einheit bestehen. Gerade im Bereich der Größeneinteilung können ansonsten eklatante Fehler auftreten:

Beispiel

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen Der Durchmesser des betrachteten Leiters beträgt $ D = 5  \rightarrow $ Keine Aussagekraft. Es fehlt eine Maßeinheit wie $ m, mm, cm $ oder $ \mu m$

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

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Achten Sie daher bitte immer auf die Einhaltung der richtigen Einheit. 

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

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen $\ U_{12} = $ Spannung zwischen zwei Bereichen
$\triangle W = $ Differenzwert zwischen zwei Energiewerten
$\ W_{pot} = $ Information zur Einordnung des Wertes (hier: Einordnung des Wertes als potentielle Energie) 

Angabe von Vektoren

Formal werden Vektoren durch einen Pfeil über dem Formelzeichen angegeben. Ein Vektor gehört zu den physikalischen Größen, die neben dem Betrag / Zahlenwert auch eine Richtung angeben. Diese werden Ihnen besonders bei den Themen elektrische und magnetische Feldstärke erneut begegnen. 

Beispiel

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen Vektor für eine Kraft: $\vec{F} $ 

Angabe von zeitveränderlichen Größen

Treten in einer Gleichung Variablen auf die im Zeitverlauf veränderlich sind, so sollten diese zur Wahrung der Übersicht gekennzeichnet werden. Eventuelle Konstanten hingegen brauchen nicht separat gekennzeichnet werden. 

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Ändert sich die Stromstärke während einer Untersuchung, so sollte man in der Berechnung anstelle von $ I $ lieber $ I(t) $ angeben. 

Dies hilft Ihnen bei der Berechnung und macht es Dritten einfacher ihre Vorgehensweise zu verstehen. 

In der Elektrotechnik hat es sich eingespielt, dass zeitlich konstante Werte einen Großbuchstaben erhalten und zeitlich veränderliche Werte mit einem Kleinbuchstaben versehen werden. 

  • Spannung = U (zeitkonstant), u (zeitlich veränderlich)
  • Leistung = P (zeitkonstant), p (zeitlich veränderlich)
  • Stromstärke = I (zeitkonstant), i (zeitlich veränderlich)