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1 Einführung |
11 |
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1.1 Was Sie von diesem Buch erwarten können |
11 |
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1.2 Wichtige Erfindungen der Elektrotechnik |
12 |
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1.3 Physikalische Größen und Grundbegriffe, mathematische Grundlagen |
14 |
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1.3.1 Kleiner Ausflug in die Physik |
14 |
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1.3.2 Mathematische Grundregeln |
24 |
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1.4 Übungen |
36 |
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1.5 Lösungen |
37 |
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2 Elektrische Ladung und Potenzial |
45 |
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2.1 Das Bohrsche Atommodell |
45 |
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2.2 Ladung |
48 |
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2.3 Energie, Potenzial und Leistung |
50 |
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2.3.1 Potenzial |
50 |
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2.3.2 Energie |
53 |
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2.3.3 Leistung |
54 |
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2.3.4 Wirkungsgrad |
55 |
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2.4 Elektrische Spannung |
55 |
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2.5 Strom |
58 |
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2.6 Strom- und Ladungsdichte |
62 |
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2.6.1 Stromdichte |
62 |
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2.6.2 Ladungsdichte |
67 |
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2.7 Ionen- und Massenstrom |
68 |
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2.8 Übungsaufgaben |
71 |
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2.9 Lösungen |
73 |
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3 Elektrostatik |
79 |
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3.1 Das elektrische Feld (E-Feld) |
79 |
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3.2 Kräfte zwischen Ladungen – die Coulombkraft |
86 |
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3.3 Ladungsverteilung |
88 |
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3.3.1 Berechnung eines Volumenintegrals in kartesischen Koordinaten |
90 |
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3.3.2 Berechnung eines Volumenintegrals in Zylinderkoordinaten |
91 |
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3.3.3 Berechnung eines Volumenintegrals in Kugelkoordinaten |
95 |
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3.4 Berechnung von E-Feldern |
101 |
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3.4.1 Elektrisches Feld einer Punktladung |
101 |
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3.4.2 Elektrisches Feld einer Linienladung |
105 |
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3.4.3 Elektrisches Feld einer Flächenladung |
107 |
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3.4.4 Elektrisches Feld einer Volumenladung |
109 |
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3.4.5 Der Gauß’sche Satz |
110 |
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3.5 Elektrische Flussdichte und Verschiebungsflussdichte |
123 |
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3.6 Potenzielle Energie, Potenziale und Spannung im elektrischen Feld |
124 |
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3.6.1 Äquipotenziallinien |
128 |
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3.7 Kapazität |
130 |
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3.7.1 Influenz und Polarisation |
136 |
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3.8 Aufgaben |
142 |
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3.9 Lösungen |
144 |
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4 Gleichstrom |
157 |
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4.1 Strom- und Spannungsquellen |
157 |
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4.1.1 Galvanisches Element |
157 |
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4.1.2 Spannungsquelle |
164 |
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4.1.3 Stromquelle |
165 |
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4.2 Widerstand und Leitwert |
166 |
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4.2.1 Das Ohm’sche Gesetz |
167 |
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4.2.2 Spezifischer Leitwert und spezifischer Widerstand |
169 |
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4.2.3 Widerstand eines stabförmigen Leiters |
176 |
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4.2.4 Einfluss der Temperatur auf den Widerstand |
177 |
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4.3 Allgemeine Form des Ohm’schen Gesetzes |
179 |
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4.4 Gleichstrom und Wechselstrom |
181 |
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4.5 Berechnung eines einfachen Stromkreises |
183 |
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4.6 Reihen- und Parallelschaltung |
187 |
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4.6.1 Reihenschaltung |
187 |
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4.6.2 Parallelschaltung |
191 |
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4.6.3 Kirchhoff’sche Regeln |
195 |
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4.6.4 Gemischte Widerstandsschaltungen |
199 |
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4.7 Ersatzquellen, reale Strom- und Spannungsquellen |
203 |
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4.7.1 Parallel- und Reihenschaltung von Spannungs- bzw. Stromquellen |
209 |
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4.7.2 Umwandlung von Spannungsquellen in Stromquellen und umgekehrt |
212 |
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4.8 Kondensatoren im Gleichstromkreis |
214 |
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4.8.1 Aufladung |
215 |
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4.8.2 Entladung |
221 |
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4.8.3 Reihenschaltung von Kondensatoren |
223 |
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|
4.8.4 Parallelschaltung von Kondensatoren |
224 |
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4.9 Übungen |
225 |
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4.10 Lösungen |
229 |
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5 Netzwerkberechnungen |
237 |
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5.1 Zweipole und die Zweipolmethode |
239 |
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5.2 Maschen- und Knotenregel in Netzwerken |
243 |
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5.3 Zweigstromverfahren |
247 |
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5.4 Maschenstromverfahren |
252 |
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|
5.5 Knotenpotenzialverfahren |
256 |
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|
5.6 Das Superpositionsprinzip |
265 |
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5.7 Stern-Dreieck-Umwandlung |
270 |
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5.7.1 Dreieck-Stern-Umwandlung |
273 |
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|
5.7.2 Stern-Dreieck-Umwandlung |
274 |
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5.8 Unendliche Kettennetzwerke |
277 |
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5.9 Übungen |
280 |
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5.10 Lösungen |
284 |
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6 Magnetische Felder |
303 |
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6.1 Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters |
306 |
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6.2 Magnetisches Feld von Leiterschleifen |
309 |
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6.3 Magnetische Grundgrößen |
311 |
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6.3.1 Das Vektorprodukt (Kreuzprodukt) |
312 |
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6.3.2 Durchflutung |
313 |
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|
6.3.3 Magnetische Feldstärke |
314 |
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|
6.3.4 Magnetischer Fluss, magnetische Flussdichte |
323 |
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6.4 Lorentzkraft |
330 |
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6.5 Induktivität und Induktion |
336 |
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|
6.5.1 Aufbau einer Spule |
336 |
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|
6.5.2 Induktivität |
337 |
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|
6.5.3 Spule im Gleichstromkreis |
338 |
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6.5.4 Induktion |
342 |
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|
6.5.4 Energie im Magnetfeld |
352 |
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6.6 Magnetischer Kreis |
353 |
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|
6.7 Maxwell-Gleichungen |
355 |
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|
6.7.1 Stationäre Maxwell-Gleichungen |
356 |
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|
6.7.2 Rotation eines Vektorfeldes |
358 |
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|
6.7.3 Materialbehaftete und nichtstationäre Maxwell-Gleichungen |
364 |
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6.8 Übungen |
367 |
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|
6.9 Lösungen |
369 |
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|
7 Wechselstromkreise |
377 |
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|
7.1 Charakteristische Größen einer Wechselspannung |
377 |
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7.2 Kondensator im Wechselspannungskreis |
381 |
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7.3 Spule im Wechselstromkreis |
385 |
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7.4 Zeigerdarstellung von Wechselgrößen |
388 |
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7.5 Schwingkreise |
395 |
|
|
7.5.1 Parallelschwingkreis |
395 |
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|
7.5.2 Zeigerdiagramm für Parallelschwingkreise |
400 |
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|
7.5.3 Reihenschwingkreis |
407 |
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7.5.4 Zeigerdiagramm des Reihenschwingkreises |
408 |
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|
7.5.5 Güte eines Schwingkreises |
411 |
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7.6 Rechnen mit komplexen Zahlen |
414 |
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7.6.1 Rechenregeln |
415 |
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7.7 Übungen |
420 |
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|
7.8 Lösungen |
423 |
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|
8 Filter und Passschaltungen |
437 |
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8.1 RC-Reihenschaltung und Parallelschaltung |
437 |
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8.1.1 RC-Reihenschaltung |
437 |
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8.1.2 RC-Hochpass |
446 |
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8.1.3 RC-Tiefpass |
449 |
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8.1.4 RC-Parallelschaltung |
450 |
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8.2 RL-Reihen- und Parallelschaltung |
454 |
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|
8.2.1 RL-Reihenschaltung |
454 |
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|
8.2.2 RL-Hochpass |
460 |
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|
8.2.3 RL-Tiefpass |
462 |
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|
8.2.4 RL-Parallelschaltung |
462 |
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|
8.3 Allgemeine Eigenschaften von Hoch- und Tiefpassschaltungen |
464 |
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8.3.1 Bodediagramme |
464 |
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8.3.2 Ortskurven |
469 |
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8.3.3 Filter höherer Ordnung |
473 |
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8.4 Übungen |
475 |
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8.5 Lösungen |
478 |
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9 Drehstrom |
495 |
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9.1 Erzeugung von Wechselspannungen und Drehstrom |
495 |
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9.2 Symmetrisch belastete Drehstromsysteme |
500 |
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9.2.1 Dreieckschaltung, symmetrisch belastet |
502 |
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9.2.2 Sternschaltung, symmetrisch belastet |
510 |
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9.2.3 Allgemeine Eigenschaften von Strömen und Spannungen in Drehstromsystemen |
513 |
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9.3 Unsymmetrische Belastung |
514 |
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|
9.3.1 Dreieckschaltung, unsymmetrisch belastet |
515 |
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9.3.2 Sternschaltung, unsymmetrisch belastet |
517 |
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9.4 Übungen |
521 |
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|
9.5 Lösungen |
522 |
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Index |
533 |
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