Grundlagen der Elektrotechnik
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- Geschrieben von: Stefan Trucker
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Alle elektrischen Systeme funktionieren mit einem geschlossenen Stromkreis, man benötigt eine Spannungsquelle, Leiter und Verbraucher. Nur wenn einen Leiter von einem Pol der Spannungsquelle zu einem Anschluss des Verbrauchers und von der zweiten Seite des Verbrauchers ein Leiter zurück zum anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, kann Strom Strom Der elektrischen Strom ist der Fluss von Elektronen durch einen Leiter. fließen und so die elektrische Energie genutzt werden.
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Beim einfachen Stromkreis ist der Verbraucher zu jeder Zeit mit der Spannungsquelle verbunden. Das ausschalten, sprich das Öffnen des Stromkreises lässt sich nur durch zerstören einer Verbindung erzielen. Da dies nicht sehr praktisch ist, gibt es Schalter, die den Stromkreis, ohne Zerstören unterbrechen können.
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Die Flussrichtung der Elektronen ist vom Minuspol zum Pluspol, da die Elektronen wandern. Bei der technischen Stromrichtung Stromrichtung Achtung es gibt die technische Stromrichtung (Stromfluss von + nach -) und die physikalische Stromrichtung (Stromfluss von - nach +). ist es jedoch genau umgekehrt. Auf den meisten Schaltbildern verwendet man daher die technische Stromrichtung, die auch als konventionelle Stromrichtung bezeichnet wird. Das bedeutet, das man davon ausgeht, dass die Flussrichtung für den Strom so ist, dass sich die Protonen vom Pluspol zum Minuspol bewegen. Der Grund hierfür ist eine falsche Annahme in der Vergangenheit. Früher wusste man noch nicht, dass der Stromfluss durch die Bewegung der Elektronen erfolgt. Daher hatte man irrtümlicherweise angenommen, dass die Flussrichtung vom Pluspol zum Minuspol ist und verwendete diese Konvention auch in den Schaltbildern. Als man dann herausfand, dass es eigentlich genau umgekehrt ist, wollte man den Elektrikern die Umgewöhnung ersparen und behielt die alte Darstellungsweise des Stromflusses. Somit kann man zusammenfassend sagen, dass der Unterschied zwischen technischer und physikalischer Stromrichtung der ist, dass bei der physikalischen Stromrichtung die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol gehen und bei der technischen Stromrichtung die Protonen vom Plus- zum Minuspol. Die unterschiedliche Betrachtungsweise sorgt häufig für Verwirrung bei der Ermittlung der Lorentzkraft. Als Hilfsmittel haben sich dabei 3-Finger-Regel bewährt, wobei man die linke Hand nimmt, wenn man von der physikalischen Stromrichtung ausgeht und die rechte Hand, wenn man von der technischen Stromrichtung ausgeht.
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Jeder Leiter hat einen Widerstand, dem er den Strom entgegensetzt. Bei einem Leiter ist ein geringen Widerstand erwünscht. Benötigt man eine Strombegrenzung, so ist ein bestimmter Widerstand erwünscht.
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Die Stromdichte gibt an, wie dicht die Elektronen in einem Leiter zusammengedrängt sind. Je dichter und je mehr Elektronen zusammenkommen, desto häufiger und heftiger stoßen die Elektronen gegen die Atome. Die Zusammenstöße setzen Wärmeenergie frei. Die Erwärmung des Leiters steigt. Das kann so weit gehen, dass der Leiter glüht oder brennt.
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Verbindungskabel bestehen meist aus Kupferdraht, der mit einer isolierenden Kunststoffhülle ummantelt ist. In Leiterplatten („Platinen“) befinden sich metallische Leiterbahnen in einem isolierenden Trägermaterial (meistens Glasfasern mit Epoxidharz).
Grundsätzlich haben alle Metalle die Eigenschaft Strom zu leiten. Basen, Säuren und Salze haben auch freie Elektronen und können den Strom leiten, gelten jedoch nicht als gute Leiter.
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Man kann die Zahl der freien Elektronen in einem Halbleiterkristall künstlich erhöhen, oder verringern und diesen Vorgang nennt man Dotieren.
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- Geschrieben von: Stefan Trucker
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In Verbindung mit dem OHM'schen Regel (Der OHM'sche Widerstand) und den 2 Regeln von Kirchhof, lassen sich die Spannungen und Ströme in Widerstandsnetzwerken leichter verstehen um diese richtig berechnen zu können.
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Ohne Spannung kann kein Strom fließen und bei Spannung handelt es sich um den Elektronenüberschuss am Minuspol und um einen Elektronenmangel auf dem Pluspol.
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- Geschrieben von: Stefan Trucker
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Elektrische Energie kann in fast jede physikalische Energie (Bewegung, Wärme, Licht, ...) umgewandelt werden. Dies ist einer der Gründe, warum die elektrische Energie in fast jedem System zu finden ist.