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Grundlagen_Elektrotechnik
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Grundlagen Elektrotechnik

Allgemein Beschreibung von Grundgrößen in der Elektrotechnik


Elementarladung

Atome verfügen über unterschiedliche Elementarteilchen (Proton, Elektron, ggf. Neutronen). Proton und Elektron werden als Elementarladung bezeichnet und vorzeichenbehaftet dargestellt.


$ +e_0 $  Proton (positive Ladung)
$ -e_0 $  Elektron (negative Ladung)

$ |e_0|\ \approx\ 1,602\cdot{}10^{-19}\ A\cdot{}s $

Die Ladungsmenge Q eines Objektes kann daher nur ein ganzzahliges Vielfaches n der Elementarladung $ e_0 $ sein

$ Q\ =\ n\cdot{}|e_0| $

Daraus ergibt sich die Einheit von Q

$ \left[Q\right]\ =\ 1\ A\cdot{}s $

Hinweis: SI-Einheit der elektrischen Ladung $ [Q]\ =\ C\ =\ A\cdot{}s $

Elektronen können aus der Atomhülle, in der sie sich i.a.R. befinden, unter Einwirkung von Energie herausgelöst werden und stehen dann als bewegliche Ladungsträger zu Verfügung.


Elektrische Stromstärke

Den Transport der Ladungsmenge Q pro Zeiteinheit nennt man Stromstärke (kurz: Strom) i=i(t)

$ i(t)=\bruch{dQ}{dt} $

oder als Maß für den Ladungstransport

$ \Delta\ Q\ =\ \integral^{t_2}_{t_1}{i(t)\ dt} $

Ist i(t) nicht zeitabhängig, d.h. Q ist über den betrachteten Zeitraum konstant, so wird i(t)=I bezeichnet und $ I=\bruch{Q}{t} $

Als technische (positive) Stromrichtung in einem Leiter gilt die Richtung vom Plus- zum Minuspol der antreibenden Spannungsquelle. Elektronen durchlaufen, aufgrund ihrer negativen Ladung, daher einen Leiter in entgegengesetzter Richtung, das eine Vorzeichenumkehr zur Folge hat. Der Strom ist deshalb stets positiv anzunehmen.


Beispiel:

Soll in einem Leiter über einen Zeitraum von  $ \Delta t=1s $  die Stromstärke  $ \ i(t)=1A $ aufrecht erhalten werden, so werden $ n \approx 6,242\cdot{}10^{18} $ Ladungsträger in Bewegung gehalten.

$ i(t)=\bruch{dQ}{dt}\quad mit\quad Q=const.\quad \Rightarrow\quad I=\bruch{Q}{t} $

$ I=\bruch{Q}{t}=\bruch{n\cdot{}|e_0|}{t}\qquad \Rightarrow\qquad n=\bruch{I\cdot{}t}{|e_0|}\ \approx\ 6,242\cdot{}10^{18}\ A\cdot{}s $

Hinweis: Somit ist die Ladungsmenge von $ 1C\approx6,242\cdot{}10^{18}As $


Elektrische Spannung

Durch die Zufuhr äußerer Energie $ W_{zu} $ lassen sich in einem Medium (Spannungsquelle) positive und negative elektrische Ladungen voneinander trennen. Als Bezeichnung für die aufgewandte Energie im Verhältnis zur Ladungsmenge wird der Begriff Spannung U verwendet.

$ U=\bruch{W_{zu}}{Q} $    mit der Einheit    $ [U]=\bruch{Nm}{As}=\bruch{J}{C} $

Beim Ladungstransport durch einen Leiter außerhalb der Spannungsquelle wird diese aufgewendete Energie wieder abgegeben (Wärme etc.).



Elektrisches Feld

Eine besonderes Phänomen während des Vorganges der Ladungstrennung ist der Aufbau eines elektrischen Feldes E (Energieraum), welches von der positiven zur negativen Ladung gerichtet ist. Eine in dieses Feld eingebrachte Ladung erfährt die elektrische Kraft F und wird entgegen ihrer eigene Polarität beschleunigt.

Eine Ladung übernimmt quasi eine Doppelfunktion:

aktiv: Sie wirkt im Rahmen der Ladungstrennung felderzeugend
passiv: Sie unterliegt dem Krafteinfluss eines fremden elektrischen Feldes

Definitionsgleichung


$ E=\bruch{F}{Q} $    mit der Einheit    $ [E]=\bruch{N}{As}=\bruch{V}{m} $

aus:




weiter in Arbeit ;-)



Einheiten

A -- Ampere
C -- Coulomb
J -- Joule
N -- Newton
s -- Sekunde
V -- Volt


Formelzeichen

E -- Feldstärke
F -- Kraft
I -- Stromstärke
n -- Anzahl (beliebige natürliche Zahl)
Q -- Ladung
U -- Spannung
W -- Energie




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Erstellt: Do 17.09.2009 von Herby
Letzte Änderung: Di 29.09.2009 um 20:08 von Herby
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