Elektrische Leistung bei sinusförmigen Wechselstrom
Die elektrische Leistung bei sinusförmigen Wechselstrom kann mit dem Produkt der Effektivwerte von elektrischem Strom und Spannung berechnet werden.
Die Leistung ist das Produkt aus Spannung, Strom und dem Kosinus des Winkels φ.
Der Winkel φ ist die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom. Liegt eine Phasenverschiebung vor, ist die Wirkleistung nicht einfach nur das Produkt aus den Effektivwerten von Spannung und Strom. Das Produkt aus den Effektivwerten von Spannung und Strom ergibt die Scheinleistung. (mehr…)
Komplexe Zahlen in der Elektrotechnik
Komplexe Zahlen erweitern den reellen Zahlenbereich. Mit komplexen Zahlen können Berechnungen vereinfacht werden. Mit komplexen Zahlen lässt sich auch die Quadratwurzel aus einer negativen Zahl berechnen.
Komplexe Zahlen bestehen aus einem Imaginärteil und einem Realteil.
Der Imaginärteil hat in der Mathematik die Einheit i oder j, in der Elektrotechnik generell immer j (um Verwechselungen mit “i” für den Wechselstrom zu vermeiden).
j0=1
j1=j
j²=-1
j³=-j
j4=j1=j
j-1=1/j=j/j²=j/-1=-j
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Imaginär- und Realteil einer komplexen Zahl können im kartesischen Koordinatensystem und auch im Polarkoordinatensystem veranschaulicht werden. (mehr…)
Elektrischer Spannungsteiler und Potenziometer
Das Potenziometer ist ein elektrischer Spannungsteiler. Ãœber einen Drehtaster kann eine Spannung auf mehrere (meistens zwei) Leitungen verteilt werden.
Das Potenziometer ist ein elektrisches Bedienbauteil, welches beispielsweise an vielen Hifi-Endgeräten zu finden ist. Eine der häufigsten Funktionen eines Potenziometers, besonders in Form eines Schiebe- oder Drehpotenziometers, ist die Lautstärkenregelung über einen Dreh-/Schiebetaster. Viele Potenziometer haben einen Schleifkontakt, welcher eine Widerstandsbahn darstellt. (mehr…)
Wechselstrom
In der Nachrichtentechnik ist er notwendig und im Alltag nicht mehr wegzudenken, der Wechselstrom.
Wechselstrom ist eine Wechselgröße, bei der die Spannung (Polarität) und damit auch der Stromfluss (richtungsbezogen) wechselt.
Der Wert (ob Spannung oder Strom) wiederholt sich nach jedem Verstreichen der Zeitperiode T. Die Zeitperiode T ist die Zeit, welche vergehen muss, damit sich ein periodisches Ereignis wiederholt. Beim sinusförmigen Wechselstrom ist die Periode 2π. Nach der halben Periode (=
Ï€), ist die Größe invertiert. x+ Ï€ = -x (mehr…)
Transformator
Ein Transformator ist ein erweiterter magentischer Kreis. Es handelt sich um einen magnetischen Kreis mit zwei gegenüberliegenden Spulen. Durch eine Spule, welche als Primärspule, Eigangswicklung oder auch Aktivspule bezeichnet wird, fließt ein von einer externen Spannungsquelle (z. B. Batterie) erzeugter, kontrollierter elektrischer Strom. An der gegenüberliegenden Spule, die Sekundärspule, Ausgangswicklung oder auch Passivspule, wird, durch das von der Primärspule erzeugte, magnetische Feld eine induktive Spannung erzeugt.
Magnetischer Kreis
Ein in sich geschlossener magnetischer Fluss Φ wird als magnetischer Kreis bezeichnet. Magnetische Kreise können einfache magnetische Kreise (einfacher geschlossener Kreislauf), aber auch verzweigte Kreise sein.
Was der Schaltkreis für den elektrischen Strom ist, ist der magnetische Kreis für den magnetischen Fluss.
Ein magnetischer Kreis kann sich aus verschiedenen Materialabschnitten zusammenfügen, meistens etwa Luft oder Eisen und dabei verschiedene Längen und Querschnittsflächen aufweisen.
Die Ermittlung der Durchflutung für die Spule, erfolgt mittels Bestimmung der einzelnen Durchflutungen der vorhandenen Teilabschnitte des magnetischen Kreises, welche in der Regel einfach summiert werden können.
Ändert sich der Querschnitt eines magnetischen Kreises, verändert sich auch die Flussdichte, da der magnetische Fluss sich über den Kreis und seine Querschnittsfläche ausrichtet. (mehr…)
Magnetischer Widerstand
Der magnetische Widerstand gibt die stoffliche Entgegenwirkung gegenüber dem magnetischen Fluss wieder. Ähnlich wie der elektrische Widerstand den elektrischen Stromfluss mehr oder weniger behindert, ist dies auch beim magnetischen Fluss gegeben.
Allgemein kann der magnetische Widerstand nach dem Verhältnis aus der Anliegenden Spannung (magnetische Durchflutung) und dem vorhandenen Fluss (magnetischer Durchfluss) ermittelt werden.
Parallelschaltung
Eine Parallelschaltung liegt vor, wenn zwei oder mehrere Bauelemente in einem Schaltkreis parallel geschaltet sind. Die Parallelität liegt dabei dann vor, wenn alle gleichnamigen Pole miteinander verbunden sind.
Innerhalb einer Parallelschaltung liegt an allen elektrischen Bauelementen die gleiche Spannung an.
Der gesamte, durch die Schaltung fließende Strom ist die Summe aus allen Teilströmen, welche jeweils durch die elektrischen Bauelemente fließen.
Da die Leistung P ein Produkt aus Strom und Spannung ist, verhält sich die Leistung wie der Strom, setzt sich also aus Teilleistungen an den Bauelementen zusammen.
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Reihenschaltung
Die Hintereinanderschaltung (Reihe) von zwei oder mehreren elektrischen Bauelementen in einem Schaltkreis wird als Reihenschaltung bezeichnet.
Durch in Reihe geschaltete, elektrische Bauelemente fließt derselbe Strom.
Die Spannung teilt sich hingegen auf die Bauelemente auf.
Da die Leistung P ein Produkt aus Strom und Spannung ist, verhält sich die Leistung wie die Spannung, setzt sich also aus Teilleistungen an den Bauelementen zusammen.
Elektrische Spule, magnetische Felstärke und Durchflutung
Spulen sind elektrische Bauelemente und gewindete, elektrisch leitende Metalldrähte oder andere zu einer Wicklung geformte, elektrisch leitende Materialien. Häufig ist eine Spule ein gewickelter Kupferdraht. Spulen haben den Zweck, die magnetischen Felder eines Drahtes zu konzentrieren, damit besonders starke magnetische Felder erzeugt werden. Die Windungen der Wicklung (Spule) haben jeweils ein abgrenzbares Magnetfeld, welches zum gesamten Magnetfeld der Spule hinzuaddiert wird. Die Spule als Ganzes wird während des Stromflusses zum Magneten mit einem Nordpol (Quelle der Feldlinien) und Südpol (Ziel der Feldlinien).
Die magnetischen Feldern der Spulen und der nutzbaren elektromagnetischen Induktion finden in der Technik viele Anwendungsbereiche, beispielsweise als Tonabnehmer in elektrischen Tongeräten (Mikrofon, E-Gitarren usw.), als Generator (z. B. Lichtmaschine in der Kfz-Technik), Ablesetechnik für magnetische Speicher, Leuchtstofflampen, Magnetstimulatoren und viele weitere.
Das gesamte magnetische Feld der Spule wird durch die magnetischen Felder des elektrischen Leitermaterials (eigentlich der Ladungsträger im Leiter) erzeugt. Ein Querschnitt durch den Leiter zeigt ein ringförmiges magnetisches Feld. Fließt der Strom (vom Querschnitt aus betrachtet) auf den Betrachter zu, ist die Drehrichtung des magnetischen Felds gegen den Uhrzeigersinn gerichtet, umgekehrt lässt ein wegfließender Strom die Felddrehung in Uhrzeigersinn gerichtet sein.
Die magnetische Feldstärke H an einer Spule ist das Produkt der Faktoren elektrischer Strom I und der Windenzahl n, dividiert durch die Feldlinienlänge l.
Je länger die Feldlinie, desto weiter weg ist die Feldlinie (größerer Radius) von der magnetischen Quelle und desto geringer ist die magnetische Feldstärke.
Weil das Produkt aus Strom und Windungszahl die magnetische Durchflutung Θ ist, gilt auch:
Die magnetische Feldstärke ist die Division der magnetischen Flussdichte B durch den Divisor der Permeabilität.
Die Feldstärke H lässt sich (im Gegensatz zur Flussdichte) nicht unmittelbar messen. (mehr…)