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.
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.
Magnetische Pole werden in Südpol und Nordpol unterschieden.
Die Pole treten immer paarweise auf, Nord- und Südpol ziehen sich gegenseitig an, gleiche Pole stoßen sich ab. Die Pole sind die magnetischen Schwerpunkte, haben jedoch keine scharfe Abgrenzung. Die Pole lassen sich nicht selbst separieren; wird der Magnet in der Mitte (oder auch an anderer Stelle) geteilt, hat jede Hälfte wiederum einen Nord- und Südpol.
Die Feldlinien sind in sich geschlossen, in der neutralen Zone (Mittelpunkt zwischen den Polen) verlaufen die Feldlinien parallel zur Linie, welche die beiden Pole verbindet. Die Feldlinien laufen immer vom Nordpol zum Südpol. Feldlinien können leicht mit Späne ferromagnestischer Metalle nachgewiesen werden.
Als Feld wird ein Raum bezeichnet, welcher mit der Wirkung einer Kraft erfüllt ist. Um dem Magneten herum sowie in seinem Inneren existiert ein magnetisches Feld. Die wirkende Kraft braucht kein Raummedium (wirkt also auch im Vakuum) und wird mit zunehmender Entfernung schwächer.
Dauermagnetismus hält permanent (bis zur einer eventuellen Entmagnetisierung) an.
Dauermagneten können u.a. durch gezielte Magnetisierung (Ausrichtung der Elementarmagnete, die kleinste magnetische Einheit in einem ferromagnetischen Material) bis zur Sättigung eines ferromagnetischen Materials erzeugt werden. Die Sättigung ist erreicht, wenn eine weitere Magnetisierung des Materials nicht mehr möglich ist oder genauer, wenn eine Erhöhung der äußeren magnetischen Feldstärke H keine weitere Magnetisierung bringt.
Neben den Dauermagneten bringen auch stromdurchflossene, elektrische Leiter ein Magnetfeld mit sich. Diese Leiter erzeugen das Magnetfeld zeitlich nur während des elektrischen Stromflusses. Das Magnetfeld entsteht durch die Bewegung der Träger elektrischer Ladung (Ladungsträger).
Die Magnetisierung eines ferromagnetischen Materials kann auch durch eine Spule geschehen. Eine Spule erzeugt durch elektrischen Stromfluss durch einen gewickelten Leiter ein starkes magnetisches Feld. Ist dieses magnetische Feld dauergerichtet (durch Gleichstrom), kann eine Magnetisierung eines sich im magnetischen Feld befindlichen Materials geschehen. Eine Entmagnetisierung kann durch selbiges Verfahren, jedoch mit Wechselstrom statt Gleichstrom, passieren. Eine Entmagnetisierung hat das Ziel, die ungeordnete Ausrichtung der Elementarmagnete wieder herzustellen.
Das gegenseitige Anziehen bzw. Abstoßen elektrischer Pole liegt an einer magnetischen Kraft F (Lorentzkraft). Diese Kraft lässt sich auch dann nachweisen und berechnen, wenn ein elektrischer Leiter von Strom durchflossen wird und in einem anderen Magnetfeld (z. B. eines Dauermagneten oder durch einen weiteren, stromdurchflossenen Leiter) liegt.
Es gibt zwei maßgebende Architekturprinzipien in der Mikroprozessortechnologie, RISC und CISC. Die Grundunterschiede zwischen beiden Prinzipien werden bereits durch die Namensgebung klar.
RISC arbeitet mit einem geringeren Grundbefehlssatz (maximal 128) aus weniger komplexen Befehlen, welche maximal vier Befehlsformate haben können. Das macht Programmausführungen mit einem RISC-Prozessor flexibler, da die Befehlsausführungszeit geringer ist. Durch geringe Befehlsausführungen können die Rechenvorgänge des Prozessors schneller und somit auch flexibler unterbrochen werden.
Da sich der Befehlssatz auf das Nötigste beschränkt und die jeweiligen Befehle so (gegenüber den Befehlen der CISC-Architektur) kurz und außerdem einheitlich lang bleiben, wird auch das Dekodieren der Befehle in kürzerer Zeit möglich. RISC-Prozessoren haben gegenüber den CISC-Prozessoren verhältnismäßig viele Register (kleinster, aber schnellst adressierbarer/ansprechbarer Speicher, welcher sich innerhalb des Prozessors befindet), was die Rechengeschwindigkeit weiterhin erhöht.
Der Code für einen RISC-Prozessor ist weniger kompakt als der eines CISC-Prozessors, denn die vielen Befehle, welche nur für eine mittelmäßig komplexe Anweisung notwendig sind, blähen den Code geradezu auf.
CISC-Prozessoren kamen nach den RISC-Prozessoren und begründeten sich vor allem durch eine Zeit des teuren Arbeitsspeichers und des nicht vorhandenen Cache-Speichers. So wurden viele komplexe Befehle (welche selbst aus mehreren effektiven Befehlen bestehen und unterschiedliche Größen haben können) direkt im Mikroprogrammspeicher des Mikroprozessors gespeichert, die Architektur um spezialisierte Register, viele Befehlsformate und Adressierungen erweitert. CISC-Prozessoren hatten sich in der Vergangenheit besonders bei Großrechnern durchgesetzt, aber auch in kleinere (End-)Geräten wurden CISC-Prozessoren integriert, insbesondere durch Hersteller wie IBM, Intel und Motorola.
Heute sind reine CISC-Prozessoren kaum mehr in Verwendung, aber auch reine RISC-Prozessoren sind heute kein Trend mehr. Heutige Prozessoren sind meistens RISC-Prozessoren, welche sich in ihrer Architektur auch an CISC-Prozessoren anlehnen. Die Prozessoren finden sich heute im Taschenrechner, in der digitalen Kamera, im PC usw. auch das aktuelle IPhone von Apple nutzt einen Prozessor, der mehr RISC- als CISC-Prozessor ist.
Die Differenzierung von RISC und CISC ist aktuell und auch in Zukunft nicht mehr notwendig, da sich die Hersteller nicht mehr nur für eine Philosophie entscheiden, sondern anforderungsgemäß Architekturen entwickeln, die Elemente aus CISC wie auch aus RISC enthalten, wobei die RISC-Eigenschaften meistens überwiegen mögen.
Eine Anordnung von zwei Elektroden, die voneinander isoliert sind, ist ein Ladungsspeicher, welcher auch als elektrisches Bauteil als Kondensator bezeichnet wird und selbst auch ein Zweipol ist.
Ein durch einen ungeladenen Kondensator fließender elektrischer Strom lädt eine Elektrode positiv und die andere negativ auf. Diese elektrische Ladung des Kondensators bleibt so lange erhalten, bis die Ladung dem Kondensator wieder entnommen wird und die Spannung bis auf Null sinkt.
Elektroden sind zwei sich nicht berührende, leitfähige Anschlüsse (z.B. Kupferdrähte) an eine Spannungsquelle.
Die Elektroden können sich parallel gegenüberstehen (Plattenkondensator) oder in Form von Zylindern oder (seltener) Kugeln mit mehreren Schichten angeordnet sein.
Ein Dielektrikum ist ein Stoff mit isolierender Eigenschaft, der die beiden Elektroden, für gewöhnlich zwei Metallplatten, voneinander trennt und den Raum zwischen ihnen ausfüllt.
Die isolierende Eigenschaft eines Materials kann ab einer bestimmten, anliegenden Spannungshöhe verloren gehen. Durch den Isolator kann ab jener Spannungshöhe Strom fließen (Durchschlag), welche höher, als die so genannte Durchschlagsfestigkeit oder der Abstand zwischen den Elektroden zu niedrig ist.
Die Durchschlagsfestigkeit bezeichnet das maximal erträgliche, elektrische Feld, welches für ein bestimmtes Material noch erträglich ist, ohne dass es zu einem Durchschlag kommt. Die Durchschlagsfestigkeit wird in Relation von kV zu mm angeben und richtet sich nach einem homogenen elektrischen Feld.
Als Feld wird ein Raum bezeichnet, welcher mit der Wirkung einer Kraft erfüllt ist. In einem elektrischen Feld kann jedem Raumpunkt eine elektrische Feldstärke zugewiesen werden. Die Feldstärke ist eine Kraft, also ein Vektor (richtungsorientiert).
Ein elektrisches Feld eines Dipols (zwei gegensätzliche Pole, ein elektrischer Dipol ist das räumlich getrennte Anordndung von positiver und negativer Ladung) zeigt die Richtungsorientiertheit (Feldlinien) der elektrischen Feldstärke vom einen Pol zum anderen.
Die nachweisbaren Feldlinien sind niemals in sich geschlossen, sondern zeigen auf entgegengesetzte Ladungsträger.
Auf die Ladungsträger im elektrischen Feld wirkt die Kraft F, welche abhängig von der Feldstärke E und der Anzahl der Ladungsträger ist. Die Feldstärke ist das Verhältnis aus der anliegenden Kraft F und der vorkommenden Ladung.
Ein durch einen Leiter fließender elektrischer Strom wird durch einen vom Leiter abhängigen Widerstand
eingeschränkt. Die Elektronen können durch das Leitermaterial nicht vollkommen ungehindert strömen, da sie die Atome des Atomgitters passieren müssen. Daher wird dem elektrischen Strom ein sogenannter elektrischer Widerstand R entgegengesetzt. Die Einheit des Widerstandes ist das Ohm.
Der Strom ist abgängig von der anliegenden Spannung und dem Wiederstand R, da er der Quotient aus beidem ist.
Der elektrische Widerstand R ist damit das Verhältnis aus anliegender Spannung zum fließenden Strom, dies ist eines der Kernaussagen des ohmschen Gesetzes.
Ist die Spannung sehr hoch, aber der fließende Strom trotzdem verhältnismäßig gering, heißt dies, dass der elektrische Widerstand sehr hoch ist. Der Idealfall für einen Leiter ist der Widerstand von 0 Ohm. Der Widerstand ist immer positiv anzugeben.
Ein passiver Zweipol ist ein elektrischer Widerstand der Größe von einem Ohm, wenn bei einer Spannung von einem Volt der Strom von einem Ampere fließt.
Der Kehrwert des elektrischen Widerstand ist die elektrische Leitfähigkeit. Der Leitwert G, welcher in der Einheit Siemens gemessen wird, gibt den Grad der Leitfähigkeit an.
Der Widerstand R eines Leiters ist des weiteren bestimmt, durch seinen Körper. Einen, in Fließrichtung gestreckter Körper eines Materials bietet immer (außer bei einem Widerstand von 0 Ohm) einen höheren Widerstand als ein kürzerer Körper des selben Materials. Der Widerstand eines Leiters ist also auch abhängig von seiner Länge.
Ein dicker Leiter lässt einen höheren Stromfluss zu, der Widerstand eines Leiter verkleinert sich, wenn der Leiter eine geringere Querschnittsfläche bekommt. (zur besseren Vorstellung: Durch ein breites Wasserrohr [Leiter] kann zur selben Zeit mehr Wasser [Ladungsträger] fließen, als durch ein kleines Wasserrohr bei gleichem Druck [Spannung]).
Der Widerstand ist abhängig von der Länge des Leiters und der Fläche des Querschnitts.
Ein großer Formfaktor (z. B. ein sehr langer, dünner Draht), welcher sich aus diesem Länge/Querschnitt-Verhältnis ergibt, hat einen höheren Widerstand zur Konsequenz, ein kleiner Formfaktor (sehr kurzer, dicker Draht) demzufolge einen kleineren elektrischen Widerstand.
Der elektrische Widerstand ist jedoch auch vom Material abhängig. So hat es auf den elektrischen Widerstand Auswirkung, wenn es sich als Leiter um beispielsweise einen Kupferdraht oder Konstantandraht handelt.
Es gibt daher noch den materialspezifischen Widerstand, welcher multipliziert mit dem Formfaktor den elektrischen Widerstand ergibt. Dieser materialspezifischer Widerstand gilt für jedes bestimmte Material als eine Materialkonstante.
Die elektrische Arbeit bzw. Energie W bezeichnet die Bewegung der Ladungsträger Q durch eine anliegende elektrische Spannung, welche in einer bestimmten Zeit geschieht. Die elektrische Arbeit ist daher auch die Leistung P, multipliziert mit der Zeit, in der die elektrische Strom fließt.
Die elektrische Arbeit definiert sich bei Gleichstrom wie folgt:
Die Leistung von einem Watt in einer Sekunde ergeben eine Energie von einer Wattsekunde [Einheitszeichen: Ws].
Die elektrische Arbeit W wird meistens in Wattsekunden (Ws), Wattstunden (Wh) oder Kilowattstunden (kWh) gemessen.