Gleichstrom

Elektrotechnik

Das Kapitel Gleichstrom in unserem Online-Kurs Elektrotechnik besteht aus folgenden Inhalten:

1. Kursüberblick

   Gleichstrom > Kursüberblick

   

   Die Elektrizität ist ein Grundpfeiler unserer heutigen Entwicklung. Das Video wird geladen...(Kreuzung in Japan)Es findet sich kaum ein Bereich in welchem keine elektrischen Vorgänge stattfinden, bzw. genutzt werden. Im obigen Clip zeigt sich bereits wo überall Elektrizität zum Einsatz kommt. Die Beleuchtung der Straßen, der Betrieb der Werbebildschirme aber auch Elektronik in den Fahrzeugen mit denen wir uns Tag für Tag bewegen. Die Elektrotechnik befasst ...

2. Einführung Gleichstrom

   Gleichstrom > Einführung Gleichstrom

   

   ... gehen wir auf die grundlegenden Themen des Gleichstroms ein. Als Gleichstrom bezeichnet man einen elektrischen Strom, der sich im Zeitverlauf weder in Bezug auf seine Stärke noch in Bezug auf seine Richtung ändert. Hierbei werden auch Ströme erfasst, deren Stärke sich lediglich durch Belastungsschwankungen leicht und unwesentlich ändert. Ist in einem Stromkreis mit Wechselstrom ein Gleichrichter zwischengeschaltet, so kann mit dessen Hilfe durch Glättungskondensatoren ...

3. Elektrische Größen

   Gleichstrom > Elektrische Größen

   

   Illustration Um elektrotechnische Vorgänge und Erscheinungen genau beschreiben zu können, bedarf es elektrischer Größen. Hierzu zählen:Elektrische Ladung,elektrischer Strom,technische Stromrichtung,elektrisches Potential undelektrische Spannung.Für jedes dieser Teilthemen werden einheitliche Kenngrößen verwendet, die sich nach dem SI-Einheitensystem und den Größensystemen MKSA-System und CGS-System richten. SI-EinheitensystemSI Units Dieses ...

4. Elektrische Ladung

   Gleichstrom > Elektrische Größen > Elektrische Ladung

   

   Die elektrische Ladung ist selbst heutzutage nicht restlos in Bezug auf ihre physikalische Natur geklärt. In ihrer Wirkung ist sie jedoch bekannt und kann somit als physikalische Größe definiert werden. Dass die Erscheinungen und Wirkungen der Elektrizität überhaupt entdeckt wurden, liegt letztlich am Vorhandensein von elektrischen Ladungen. Die Bedeutung der elektrischen Ladung erschließt sich aus folgender Analogie:Das Auskommen ohne elektrische Ladungen in ...

5. Elektrischer Strom

   Gleichstrom > Elektrische Größen > Elektrischer Strom

   

   ... Elektrische StromstärkeBeim Gleichstrom wird die elektrische Stromstärke $ I $ angegeben. Diese besagt, in welchem Zeitraum $ t $ eine Ladungsmenge $ Q $ durch einen Leiterquerschnitt transportiert wird:$\ I = \frac{Q}{t} $.Liegt eine zeitlich veränderliche Ladungsströmung vor, so passt man die Gleichung entsprechend an durch:$\ I = \frac{\triangle Q}{\triangle t} $. Einheit: AmpereDie Einheit in der die Stromstärke gemessen wird ist Ampere $ A ...

6. Technische Stromrichtung

   Gleichstrom > Elektrische Größen > Technische Stromrichtung

   

   Die technische Stromrichtung beschreibt die Bewegungsrichtung positiver Ladungsträger. Dabei wird darauf verzichtet zu berücksichtigen, welches Vorzeichen die Ladungen haben, die den Strom verursachen. Bei positiven Ladungsträgern stimmt die Bewegungsrichtung mit der positiven Stromrichtung überein. Handelt es sich jedoch um Elektronen, also negative Ladungsträger, so bewegen sich diese entgegen der positiven Stromrichtung. Wenn du den Begriff Stromrichtung liest, ...

7. Elektrisches Potential

   Gleichstrom > Elektrische Größen > Elektrisches Potential

   

   Begriffe wie die elektrische Arbeit und die elektrische Leistung ließen sich ohne die Kenntnis über das elektrische Potential kaum verstehen. Durch das elektrische Potential $\varphi $ [alternativ: $ \phi $ oder $ \Phi $] wird die elektrische Energie $ W $ einer Ladung $ Q $ in einem Punkt eines Raumes beschrieben. Entsprechend sieht dann auch die zugehörige Gleichung des elektrischen Potentials aus:Physikalische Größe: Elektrisches PotentialElektrisches Potential: ...

8. Bewegung einer positiven Ladung

   Gleichstrom > Elektrische Größen > Elektrisches Potential > Bewegung einer positiven Ladung

   

   Bewegung einer positiven LadungBei einer positiven Ladung gilt $ Q > 0 $ und $ W_{pot} > 0 \Longrightarrow $ Potential $\varphi $ der positiven Ladung ist positiv gegenüber dem Bezugspotential. Setzt man die Ladungstrennung fort, so erhöht sich dieses:$\varphi_0 < \varphi_1 < \varphi_2 < \varphi_3 $ Nach dem Entfernen der äußeren Kraft W fällt das Potential wieder und gibt ihre elektrische Energie $ W_{pot} $ wieder ab.$\varphi_3 \rightarrow \varphi_2 ...

9. Bewegung einer negativen Ladung

   Gleichstrom > Elektrische Größen > Elektrisches Potential > Bewegung einer negativen Ladung

   

   Bewegung einer negativen LadungBei einer negativen Ladung gilt $ Q < 0 $ und $ W_{pot} > 0 \Longrightarrow $ Potential $\varphi $ der negativen Ladung ist negativ gegenüber dem Bezugspotential. Setzt man die Ladungstrennung fort, so wird diese immer negativer:$\varphi_0 > \varphi_1 > \varphi_2 > \varphi_3 $ Nach dem Entfernen der äußeren Kraft $ W $ reduziert sich das negative Potential wieder und gibt seine elektrische Energie $ W_{pot} $ wieder ab. Es findet ...

10. Ergänzende Informationen zum elektrischen Potential

    Gleichstrom > Elektrische Größen > Elektrisches Potential > Ergänzende Informationen zum elektrischen Potential

    

    In den vorausgegangenen beiden Kurstexten wurde deutlich, dass es zu beachten gilt, ob eine positive oder negative Ladungsbewegung stattfindet. Sowohl für die Rechnungen in späteren Kapiteln, als auch für deine Klausur, solltest du dir dies merken, da du ansonsten zu falschen Ergebnissen gelangst, die wiederum zu Punktabzügen in deiner Klausur führen!Zum Abschluss des Themas Elektrisches Potential noch einige Informationen, die gerne in Multiple-Choice-Aufgaben ...

11. Elektrische Spannung

    Gleichstrom > Elektrische Größen > Elektrische Spannung

    

    Eine elektrische Spannung liegt immer dann vor, wenn eine elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten existiert. In der Elektrotechnik wird die Spannung durch das Formelzeichen $ U $ ausgedrückt und die Einheit, in der die elektrische Spannung gemessen wird, ist verständlicherweise wie beim Potential das Volt $ V$. Gleichung der elektrischen SpannungDie elektrische Spannung ergibt sich, wie bereits beschrieben, aus einer Potentialdifferenz und hat die Form:Elektrische Spannung: ...

12. Physikalische Größen

    Gleichstrom > Elektrische Größen > 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 AnnahmeDamit ein technisches oder physikalisches Phänomen ausreichend genau beschrieben und anschließend verglichen werden kann, muss darauf geachtet werden, dass Begriffe, Einheiten und ...

13. Elektrischer Stromkreis

    Gleichstrom > Elektrische Größen > Elektrischer Stromkreis

    

    Unter einem Stromkreis versteht man eine Verbindung zwischen verschiedenen Bauteilen, die einen Ladungstransport ermöglichen. Im einfachsten Fall besteht ein Stromkreis aus einer elektrischen Energiequelle, einem elektrischen Verbraucher und elektrischen Leitungen, die diese verbinden. Einfacher Stromkreis (offen) Im Normalfall beinhaltet ein elektrischer Stromkreis jedoch ein Vielzahl von Erzeugern, Verbrauchern sowie Parallel- und Reihenschaltungen. In nächsten Clip siehst du ...

14. Elektrischer Leitwert und Elektrischer Widerstand

    Gleichstrom > Elektrische Größen > Elektrischer Leitwert und Elektrischer Widerstand

    

    Elektrischer WiderstandMultimeter u.a zur Messung des elektrischen WiderstandesIn Stromkreisen wirkt dem durch die Quellenspannung angetriebenem elektrischen Strom auch immer ein elektrischer Widerstand entgegen. So treffen Ladungsträger, die sich durch einen Leiter bewegen, zwangsläufig auf Hindernisse (Atome), die deren Bewegung bremsen oder stoppen. Der deutsche Experimentalphysiker Georg Simon Ohm hat sich lange Zeit mit diesem Thema beschäftigt und erfolgreiche Untersuchungen ...

15. Gleichstromkreise

    Gleichstrom > Gleichstromkreise

    

    In den kommenden Kurstexten ist der "Gleichstromkreis" Gegenstand der Untersuchung. Es werden grundlegende Eigenschaften erörtert und einfache Rechnungen behandelt. Dabei wird davon ausgegangen, dass es sich hier immer um einen unverzweigten Stromkreis handelt. Eine Untersuchung von verzweigten Stromkreisen erfolgt dann im Anschluss. Diese Abschnitte folgen:Schaltungen von Widerständen,Spannungsquellen,Berechnungsgrundlagen für Gleichstrom-Netzwerke,Messungen im elektrischen Stromkreis.Diese ...

16. Schaltung von Widerständen

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Schaltung von Widerständen

    

    Platine mit WiderständenWie bereits bekannt sein sollte, stellen Widerstände Barrieren für einen ungehinderten Stromfluss dar. Es gibt verschiedene Arten von Widerständen von denen nun einige einzeln vorgestellt werden:In den nachfolgenden Kurstexten widmen wir uns zuerst den linearen Widerständen und anschließend den nichtlinearen Widerständen. Ferner behandeln wir in diesem Zusammenhang auch unsymmetrische Widerstände.&nb...

17. Lineare Widerstände, Strom-Spannungs-Kennlinie

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Schaltung von Widerständen > Lineare Widerstände, Strom-Spannungs-Kennlinie

    

    Lineare Widerstände zeichnet aus, dass die Strom-Spannungs-Kennlinie linear verläuft. In einem unverzweigten Stromkreis liegt ein Strom mit einem Wert $ I_0 $ vor, der durch einen Widerstand R fließt. Die auftretende Spannung $ U_0 $ ist dabei formal definiert durch$\ U_0 = R \cdot I_0 $. $ U_0 = $ Klemmenspannung$ I_0 = $ Klemmenstrom und $ R = $ Widerstand.Die Klemmenspannung und der Klemmenstrom bilden zusammen den Arbeitspunkt. Dies bedeutet, dass sich die Spannung ...

18. Nichtlineare Widerstände

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Schaltung von Widerständen > Nichtlineare Widerstände

    

    Unter nichtlinearen Widerständen fasst man in der Elektrotechnik Schaltelemente zusammen, deren Strom-Spannungs-Kennlinie nichtlinear verläuft. Bisher war es so, dass ein Widerstand konstant bleibt, unabhängig davon wie sich Strom oder Spannung ändern. In diesem Fall ist der Widerstand nicht mehr konstant und wird entweder von der Größe des fließenden Stroms oder der angelegten Spannung beeinflusst. 1. Wird der Widerstand durch den Strom beeinflusst, so spricht ...

19. Symmetrie der Strom-Spannungs-Kennlinie

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Schaltung von Widerständen > Symmetrie der Strom-Spannungs-Kennlinie

    

    Anhand der Strom-Spannungs-Kennlinie lässt sich bei nichtlinearen Widerständen bestimmen, ob symmetrische oder unsymmetrische Schaltelemente verbaut wurden. Symmetrische SchaltelementeBei symmetrischen Schaltelementen weist die Kennlinie bezüglich der Nullachse eine Symmetrie auf. Es ist daher für den Wert des Widerstandes nicht relevant in welche Richtung der Strom fließt. Kennlinie eines symmetrischen nichtlinearen Widerstandes Unsymmetrische SchaltelementeIm ...

20. Temperaturabhängigkeit von Widerständen

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Schaltung von Widerständen > Temperaturabhängigkeit von Widerständen

    

    Der spezifische Widerstand $\rho $ in einem elektrischen Stromkreis ist von zwei Faktoren abhängig. Ein Faktor ist der Werkstoff aus dem der Leiter hergestellt wurde. Das Material des Widerstandes kann beispielsweise aus Kupfer, Wolfram, Silber, Gold oder einem anderen leitfähigen [elektrischer Strom $ \rightarrow $ relevante Leitfähigkeit] Werkstoff bestehen und hat direkten Einfluss auf die Leitfähigkeit des Widerstandes. Die Leitertemperatur $\vartheta $, also der andere Faktor, ...

21. Reihenschaltung von Widerständen in Gleichstromkreisen

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Schaltung von Widerständen > Reihenschaltung von Widerständen in Gleichstromkreisen

    

    Werden innerhalb eines Gleichstromkreises mehrere Widerstände in Reihe geschaltet, so gilt für jeden Widerstand das Ohmsche Gesetz.Reihenschaltung von Widerständen in Stromkreis Dabei durchfließt der Strom jeden der Widerstände und hat dabei immer den gleichen Wert. Die Spannung hingegen ist unter den einzelnen Widerständen nicht konstant. An jedem einzelnen Widerstand ist entsprechend seines Widerstandes ein Spannungsabfall zu messen. Summiert ...

22. Parallelschaltung von Widerständen in Gleichstromkreisen

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Schaltung von Widerständen > Parallelschaltung von Widerständen in Gleichstromkreisen

    

    ... im Gleichstromkreis auftretende Gesamtwiderstand/ Ersatzwiderstand der Last ist stets kleiner als der kleinste Einzelwiderstand. 

23. Vergleich von Parallelschaltung und Reihenschaltung

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Schaltung von Widerständen > Vergleich von Parallelschaltung und Reihenschaltung

    

    Im nächsten Video siehst du einen Vergleich der Reihen- und Parallelschaltung. Das Video wird geladen...(08-vergleich-parallelschaltung-reihenschaltung)

24. Kombination von Reihenschaltung und Parallelschaltung

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Schaltung von Widerständen > Kombination von Reihenschaltung und Parallelschaltung

    

    ... aus Reihen- und Parallelschaltung in einem Gleichstromkreis auf. Um letztlich den Gesamt-/Ersatzwiderstand $ R_e $ des Stromkreises berechnen zu können, geht man schrittweise vor. Zuerst berechnet man den Widerstand der parallel geschalteten Widerstände nach der bekannten Gleichung $ R_e = \frac{1}{\sum \frac{1}{R}} $. Anschließend errechnet man den Gesamtwiderstand des gesamten Stromkreises $ R_e $ mit Hilfe der Addition der Reihenwiderstände und der als Ersatzwiderstände ...

25. Elektrische Quellen

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Elektrische Quellen

    

    Bei elektrischen Quellen unterscheidet man zwischen Spannungsquellen und Stromquellen. In den kommenden beiden Kurstexten gehen wir zuerst auf Spannungsquellen (ideale und reale) und anschließend auf Stromquellen (ideale und reale) ein. In den meisten Fällen wirst du in der Elektrotechnik auf Spannungsquellen treffen, da diese vorzugsweise verwendet werden. Der Vollständigkeit halber werden nun beiden Quellenarten behandelt, aber im späteren Verlauf werden primär Spannungsquellen ...

26. Spannungsquellen

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Elektrische Quellen > Spannungsquellen

    

    ... von Spannungsquellen innerhalb eines Gleichstromkreises ein. Zuerst beschäftigen wir uns mit idealen Spannungsquellen und gehen dann im Anschluss auf reale Spannungsquellen ein. Ideale SpannungsquelleBei einer Spannungsquelle ist gemeint, dass sich an den Klemmen durch interne Prozesse eine Spannung bildet. Schließt man nun einen Verbraucher an die Klemmen, so erfolgt ein Stromfluss. Die Höhe diese Stromflusses hängt dann vom Widerstand des Verbrauchers ...

27. Stromquellen

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Elektrische Quellen > Stromquellen

    

    ... Eigenschaften von Stromquellen innerhalb eines Gleichstromkreises ein. Zuerst beschäftigen wir uns mit idealen Stromquellen und gehen dann im Anschluss auf reale Stromquellen ein. Ideale StromquelleBei einer Stromquelle fließt ein kontinuierlicher Strom. Dieser Quellenstrom $ I_q $ kann positiv, negativ oder null sein. Die dabei auftretende Spannung richtet sich nach dem angeschlossenen Verbraucher.Bei einer idealen Stromquelle darf kein Leerlauf entstehen, d.h. es muss ...

28. Kirchhoffsche Gesetze

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Kirchhoffsche Gesetze

    

    ... die Berechnungsgrundlage für elektrische Gleichstromnetzwerke. Zur genauen mathematischen Beschreibung sind daher das 1. und 2. Kirchhoff'sche Gesetz von fundamentaler Bedeutung. Bevor wir nun jedoch den Knotensatz (1. Kirchhoff'sches Gesetz) und anschließend den Maschensatz (2. Kirchhoff'sches Gesetz) behandeln, beschäftigen wird uns zuvor mit den Bestandteilen von einfachen Gleichstromnetzwerken.

29. Knoten, Zweig, Maschen

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Kirchhoffsche Gesetze > Knoten, Zweig, Maschen

    

    ... Kurstext gehen wir auf die Bestandteile eines Gleichstromnetzwerkes ein. Zuerst werden Knoten beschrieben, anschließend Zweige und zuletzt werden Maschen erklärt. Die Kenntnis über diese Bestandteile ist äußerst wichtig, da sie die Grundlage der Kirchhoff'schen Gesetze bilden.Gustav Kirchhoff KnotenWeist ein Punkt in einem elektrischen Netzwerk mindestens drei Anschlüsse von Schaltungselementen auf, die in diesem zusammentreffen und kann sich der Strom ...

30. Knotensatz, 1. Kirchhoffsches Gesetz

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Kirchhoffsche Gesetze > Knotensatz, 1. Kirchhoffsches Gesetz

    

    ... Bestandteilen für die Berechnung eines Gleichstromnetzes vertraut bist, kommen wir nun zu den Kirchhoff'schen Gesetzen. Das 1. Kirchhoff'sche Gesetz bezieht sich auf die Handhabung von Strömen in Knoten und heißt entsprechend Knotensatz. Ziel ist es eine Strombilanz für einen Netzwerkknoten aufzustellen. GesamtladungDie Gesamtladung jedes Knotens im Netzwerk ist zeitinvariant wie alle Größen in Gleichstromnetzwerken. Das bedeutet, dass die Ladungen, ...

31. Maschensatz, 2. Kirchhoffsches Gesetz

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Kirchhoffsche Gesetze > Maschensatz, 2. Kirchhoffsches Gesetz

    

    ... geht es um die Berechnung der Maschen in einem Gleichstromnetzwerk. In der nachfolgenden Abbildung ist eine Masche $ M $ dargestellt, die n-Knoten $ K_1 - K_5 $ mit eindeutigen elektrischen Potenzialen $\varphi_1 - \varphi_5 $ beinhaltet. Zwischen den Knoten liegen $ n $-Zweige aus beliebigen Zweipolen.Masche mit Zweigen Die zwischen zwei benachbarten Knoten vorliegenden Spannungen $ U_{12}, U_{23}, U_{34}, U_{45}, U_{51} $ können mit der bereits bekannten Gleichung$ ...

32. Brückenschaltung

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Brückenschaltung

    

    In diesem Kurstext werden wir auf die Brückenschaltung eingehen und diese anhand eines Beispiels verdeutlichen. Brückenschaltung Was ist eine Brückenschaltung?Eine Brückenschaltung besteht aus vier Widerständen $ R_1, R_2, R_3, R_4 $, die einen Ring bilden. Dabei ist die Wheatstonesche Brückenschaltung eine Stromverzweigungsschaltung der besonderen Art.Beispielaufgabe zur BrückenschaltungZwischen zwei gegenüberliegenden Verbindungspunkten ...

33. Wheatstonesche Brückenschaltung

    Gleichstrom > Gleichstromkreise > Brückenschaltung > Wheatstonesche Brückenschaltung

    

    Ausgehend vom vorangegangenen Kurstext möchten wir nun einen besonderen Fall der Brückenschaltung betrachten.BrückenschaltungBei der Wheatstoneschen Brückenschaltung liegt eine bestimmte Konfiguration der Widerstände $ R_1 - R_4 $ vor, bei der die Ausgangsspannung den Wert null annimmt, also $ U_A = 0 $. Diese Brücke bezeichnet man dann als abgeglichene Brücke.Ferner können wir aus dieser Konfiguration ableiten, dass die Quellenspannung ...