Grundlagen E-Technik

Schnelle Übersicht:

  • physikalische Grundlagen
  • Elektrische Grundgrößen: Spannung,Strom, Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad.
  • Ohm´sches Gesetz, Leiterwiderstand
  • Reihen- Parallelschaltung, gemischte Schaltung
  • Bauteilkunde
  • Brückenschaltung
  • Innenwiderstand von Spannungsquellen
  • Arbeitspunkt, Anpassungsarten

... und noch ein paar Themen.

Physikalische und E-Technische Grundgrößen

Macht doch Watt ihr Volt?
So ähnlich. Doch bis es dazu kommt, ist es wichtig, die nicht-elektrischen physikalischen Größen zu wiederholen. Ohne eine klare Vorstellung von Arbeit, Leistung, ... ist es nicht möglich, die entsprechenden Größen im Bereich Elektro zu verstehen.

Physikalische Grundlagen / Grundbegriffe
physik-grundlagen.pdf
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Bevor es "ernst" wird starten wir mit einen komprimierten Übersicht der wichtigsten Begriffe aus dem Bereich der Elektrizitätslehre. Z.B. Anhand des Wasserkreislaufs mit Pumpe, Ventil und "Verbraucher" wird der Stromkreis veranschaulicht. Auch die Grundschaltungen werden schon mal erwähnt, alles aber noch ohne Berechnungen.

E-Technik Einführung
e-technik einführung.pdf
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Spannung, Strom, Stromdichte, elektrische Arbeit und Leistung, Wirkungsgrad. Wie sind sie definiert? Ein keines Video zu Spannung und Strom macht den Anfang und begleitet die Arbeitsblätter dazu.

Grundgrößen E-Technik: U,I,W,P, ...
grundgrößen e-technik leer.pdf
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Jeder kennt das: Beim Laufen über den Teppichboden, beim Ausziehen eines Fleece-Pullovers, beim Aussteigen aus dem Auto, auf dem Trampolin ... bei vielen Gelegenheiten laden wir uns durch Reibungselektrizität "statisch" auf. Wenn wir dann ein metallisches Objekt berühren oder Bodenkontakt bekommen, kann es eine deutlich spürbare Entladung geben. Wie kommt das? Und wie hoch können dabei die Spannungen sein?

Alles klar? Dann gibt's hier Übungsaufgaben zu den Grundgrößen.

Übungsaufgaben-grundlagen.pdf
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Die Stromarten: Gleich- Wechsel und Mischstrom.
Strom aus einer Batterie und Strom aus der Steckdose - was ist denn da der Unterschied?
Arbeitsblatt zur Eigenarbeit mit Hilfe des Fachkundebuches.

Stromarten.pdf
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Ohm´sches Gesetz, Reihen- und Parallelschaltung, gemischte Schaltungen.

Es ist tatsächlich so:
Wer das Ohm´sche Gesetz verstanden hat, hat die Elektrotechnik verstanden.
Es begegnet uns überall, ob bei Gleichströmen, in der Wechselstromtechnik, oder bei Berechnungen von Leitungen und sogar den geheimnisvollen Antennen ...

Das Ohm´sche Gesetz
ohmsches-gesetz.pdf
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Alles schön hintereinander: Die Reihenschaltung
arbeitsblatt-reihenschaltung-20.pdf
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Alles schön nebeneinander: Die Parallelschaltung
arbeitsblatt-parallelschaltung-20.pdf
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In Reihe und parallel - alles gemischt.
gemischte Schaltungen Eigenarbeit.pdf
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Zur Wissensüberprüfung scanne einfach den Nebenstehenden QR-Code. Dieser leitet dich zur Seite learningapps.org weiter. Hier kannst du die Inhalte zu Reihen- und Parallelschaltung spielerisch wiederholen.

 

 

Und als Kontrast noch das hier ;-):

Der Leiterwiderstand

Leider hat jeder normale Leiter einen Leiterwiderstand. Leider ;-).
Dieser Widerstand hängt von

  • der Leiterlänge
  • der Querschnittfläche
  • der Temperatur und
  • dem Material ab.

Er ist dafür verantwortlich, dass auf einer Leitung Spannung "abfällt", sobald Strom fließt. Dieser Spannungsfall reduziert damit die Spannungshöhe am "Verbraucher", wo wir ja eigentlich die volle Spannung haben wollen. Daher müssen Leiterwiderstand und die Höhe des Stromflusses zueinander "passen".

Herbstfest der Feuerwehr
Leiterwiderstand-20.pdf
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Übungsaufgaben zum Thema Leiterwiderstand
Übungsaufgaben Leiterwiderstand.pdf
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Die Brückenschaltung

Die Brückenschaltung ist eine besondere Form der gemischten Schaltung und hat große Bedeutung in der praktischen Anwendung, wie schon bei der Einführungsdemo zu sehen war.

Brückenschaltung in Partnerarbeit mit TB, FB und Aufzeichnungen.
brückenschaltung.pdf
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Bauteilkunde: Widerstandsbauteile

Der Begriff "Widerstand" bezeichnet nicht nur die physikalische Größe in der Einheit Ohm, sondern auch das Bauteil. Widerstände gibt es in den verschiedensten Bauformen und für viele Anwendungsbereiche.

Aufgaben Widerstandsbauteile.pdf
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widerstandsbauteile.pdf
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In Brückenschaltungen werden Widerstandsbauteile eingesetzt, die Ihren Widerstandswert in Abhängigkeit einer physikalischen Größe andern.
Beispiele:

  • LDR - Light Dependend Resistor, lichtabhängiger Widerstand
  • DMS - Dehnungsmessstreifen, also Bauteile, die ihren Widerstandswert ändern, wenn sie mechanisch gestreckt oder gestaucht werden. Damit kann man z.B. die mechanische Beanspruchung von Bauteilen/Brückenkonstruktionen messen.
  • NTC/PTC: Bauteile, die den Widerstandswert in Abhängigkeit der Temperatur ändern. Diese werden hier nun näher untersucht.
ntc-ptc-widerstände.pdf
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Innenwiderstand von Spannungsquellen

Warum passiert es bei einer Batterie, dass die Spannung "zusammen bricht"?
Und wieso wird beim Einschalten von leistungsstarken Geräten/Maschinen manchmal kurzzeitig das Licht dunkler?
Dafür ist in beiden Fällen der so genannte Innenwiderstand der Quelle verantwortlich. Er liegt in Reihe zu den angeschlossenen "Verbrauchern" und folglich kann an ihm ein Teil der Spannung bei Anschluss der Last abfallen. Im folgenden Arbeitsblatt werden zunächst die Grundlagen erarbeitet. Übrigens - der in der Hausinstallation/Energieversorgung entsprechende "Netzinnenwiderstand" ist der Stromweg (vom Ortsnetztrafo zum Anschlusspunkt) über L und zurück über N/PEN. Ein Orientierungswert dafür ist der Wert von 1Ω.

Der böse Innenwiderstand ;-).
innenwiderstand-leistung.pdf
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Das folgende Arbeitsblatt ist Fortsetzung und Wiederholung. Zum Einstieg wird nochmals erklärt, was eigentlich ein Kennlinie ist. Alles klar ;-)?

Kennlinien und Innenwiderstand
Kennlinien_Ri_20.pdf
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Nachdem nun der Innenwiderstand geklärt ist, steht die Frage im Raum:
Was passiert eigentlich mit dem Ri bei Reihen- oder Parallelschaltung von Spannungsquellen?

Reihen- und Parallelschaltung von Spannungsquellen
reihen-parallel-Uq.pdf
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Wiederholungs- und Übungsaufgaben

Übungsaufgaben-reihenschaltung.pdf
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Übungsaufgaben-Parallelschaltung.pdf
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Wissenstest Elektrotechnik.pdf
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Übungsaufgaben Brücke_Ri.pdf
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