Lehrveranstaltungen Ziel der Lehrveranstaltung 2012/13 ETG1v8.ppt

Lehrveranstaltungen Lehrveranstaltungen Übungen (1) Vorlesung (2) Elektrotechnische Grundlagen WS 12/13 Vorlesung (2) Haiml Übungen (1) ITS: Haiml, Lindmoser ITSB: Haiml, Benedikter Laboratorium(2) ITS: Haiml, Lindmoser ITSB: Haiml, Benedikter 2012/13 ETG1v8.ppt

Schriftliche Unterlagen Grundlagen der Elektrotechnik WS 12/13 Vorlesung Folien liegen am Moodle-Server Elearning.fh-salzburg.ac.at Übungen liegen am Moodle-Server (2-er Block) Laboratorium Anleitungen liegen am Moodle-Server (4-er Block) 2012/13 ETG1v8.ppt

Literaturempfehlung Lehrbücher: Dieter Zastrow, Elektrotechnik, Vieweg-Verlag Deimel, Hasenzagl, Krikava,… Grundlagen der Elektrotechnik 1 und 2, Oldenburg Gert Hagmann, Grundlagen der Elektrotechnik, Aula-Verlag Taschenbuch: H.Lindner, Tb. der Elektrotechnik und Elektronik, Carl Hanser / Fachbuchverlag Leipzig Übungsaufgaben: Lindner, Elektro Aufgaben 1 + 2 Simulation: Robert Heinemann, PSPICE, Hanser mit Diskette : Student-Version 2012/13 ETG1v8.ppt

Energieumwandlung Inhaltsübersicht heute Energie-Umwandlung Wikipedia: Elektrotechnik bezeichnet denjenigen Bereich der Physik, der sich ingenieurwissenschaftlich mit der Forschung und der technischen Entwicklung sowie der Produktionstechnik von Geräten oder Verfahren befasst, die zumindest anteilig auf elektrischer Energie beruhen. Inhaltsübersicht heute Energie-Umwandlung Elektrische Ladung Elektrischer Strom 2012/13 ETG1v8.ppt

Stromerzeugung = Energieumwandlung Solarkraftwerke E=h*f  E= U*I*t Loser / Bad Aussee 2012/13 ETG1v8.ppt

Stromerzeugung = Energieumwandlung Solar- thermische Kraftwerke Sonnenstrahlung (E=h*f ) Enthält viel Wärmeenergie Q = qs *A*a*cos(j)*t Solarkonstante qs= 1,37kW/m² (klarer Himmel) h*Q = E= U*I*t "Sonnenofen" von Odeillo in den französischen Pyrenäen "Kramer Junction" / Kalifornische Wüste, Leistung der Anlage 30 MW 2012/13 ETG1v8.ppt

Stromerzeugung = Energieumwandlung Aufwind- Kraftwerke Windturbine im Kamin treibt Elektrogenerator E= U*I*t 2012/13 ETG1v8.ppt

Stromerzeugung = Energieumwandlung Windkraftwerke E = 1/2 m.v² E = 1/2 ²  E= U*I*t Parndorf 2012/13 ETG1v8.ppt

Stromerzeugung = Energieumwandlung Speicherkraftwerke E=m*g*h  E = U*I*t Moserboden – Wasserfallboden Enzingerboden 1Liter Wasser fließt 360m hinab: 1kg* 9,81m/s²*360m=3530Nm = 3530Ws = ca. 1Wh 2012/13 ETG1v8.ppt

Stromerzeugung = Energieumwandlung Kalorische Kraftwerke E= m*H  E= U*I*t 2012/13 ETG1v8.ppt

Stromerzeugung = Energieumwandlung Brennstoffzellen oxidieren den Wasserstoff 2H2+O2=2H2O (setzt 68,3*4,19 kJ pro mol H2O liq frei) Oder Methan CH4 CH4 +2O2 = CO2+H2O  E= U*I*t 8-4-4-6/hond-claritytion2.jpg Brennstoffzellen für den PKW (Honda) 2012/13 ETG1v8.ppt

Stromerzeugung = Energieumwandlung Überall dort, wo Kraftfelder wirken, ist Energie gespeichert. Potenzielle mech. Energie W = (Masse*Gravitationsfeld) [W] = 1 N*m Elektrische Energie W = (Ladung*elektrisches Feld) [W]= 1 Ws Thermische Energie Q = (Bewegungsenergie der Atome) [Q] = 1 Joule Energieformen können ineinander umgewandelt werden Wärme elektrische mechanische Energie Energie Energie 1Joule (1J) = 1 Wattsekunde (1Ws) = 1NewtonMeter (1Nm) 2012/13 ETG1v8.ppt

Elektrische Ladung als Grundelement Elektrische Ladung kommt quantisiert vor. qe =1,602*10-19C, me=9.11*10-31kg Es gibt positive und negative Elementarladungen, gleichnamige Elementarladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an. Die el. Ladung ist immer an Materie gekoppelt. Elektronen, Protonen, Positronen,… Diese Kopplung von Ladung und Materie hält unsere Welt am „Laufen“ 2012/13 ETG1v8.ppt

El. Ladung als Grundelement Einheit der Ladung: [Q]=1 Coulomb = 1C Zusammenhang mit den SI-Basiseinheiten: 1 C = 1 As 1 Coulomb enthält daher: Q = ne*qe Gesamtladung= ne mal die Elementarladung ne=1C / 1.602*10-19C ne=6.24*1018 Ladungen (Committee on Data for Science and Technology (CODATA) 6,241 509 65 (16) × 1018Ldg. / Sekunde. 2012/13 ETG1v8.ppt

Elektr. Ladung als Grundelement Eine Ladung erzeugt ein elektrisches Feld E um sich herum (Zentralpotential) E = Q1/r2 * 1 / (40) …… el. Feldstärke 0 = 8.854*10-12As/Vm ...….. el. Feldkonstante, Permittivität Eine zweite Ladung spürt dieses Feld. Sie wird längs der Feldlinien angezogen oder abgestoßen. F= Q2*E = Q2*Q1 / r2 *1/(40) …… el. Kraft Epot= F*dr = -Q1*Q2/r * 1/(40 ) ……….Potenzielle Energie = Arbeit = Kraft*Weg 2012/13 ETG1v8.ppt

Elektrischer Strom Bewegte elektrische Ladung ist „Strom“ Der elektrische Strom hat die SI-Basiseinheit 1Ampere I = Q/t bei Gleichstrom [I] = 1A i = dQ/dt Momentanwert Das Ampere ist gleich der Stärke des elektrischen Stroms, der durch zwei geradlinige, dünne, unendlich lange Leiter, die in einem Abstand von 1m parallel zueinander im Vakuum angeordnet sind, unveränderlich fließend bewirken würde, dass diese beiden Leiter aufeinander eine Kraft von 2*10-7 Newton je Meter Länge ausüben. (ISO) Üblich sind: kA, A, mA, µA, nA,pA 2012/13 ETG1v8.ppt

Ladungsänderung bedeutet Strom Zur Ladung Q, die am Anfang vorhanden ist, fließen Ladungen zu. Die Ladungsmenge wird größer. Die Geschwindigkeit ist Q pro Zeitabschnitt t . elektrischer Strom I=Q/t Umgekehrt: gegeben sei ein Strom I. dieser liefert in der Zeit t (oder t) die Ladungsmenge Q= I*t 2012/13 ETG1v8.ppt

Ladungsänderung bedeutet Strom + - Verschiedene Stromarten: 1) Gleichstrom, 2) schwankender Strom, 3) pulsierender Strom, 4) Wechselstrom. Die strömende Ladungsmenge (Quantum Q) ist allgemein Q = ʃ i(t) dt, = die Fläche unter der Stromkurve 2012/13 ETG1v8.ppt

Strom-Messung mit dem „Amperemeter“ Bei der Strommessung muss der zu messende Ladungsträger-Strom durch das Messgerät fließen. Anm. *) Bei sehr großen Strömen führt man nur einen Teilstrom durch das Messgerät, der größte Teil fließt über einen parallelen Zweig. Einige (nicht alle) Messgeräte werden nach der Einheit der elektrischen Messgröße benannt: Voltmeter, Amperemeter, Ohmmeter, Wattmeter, Luxmeter,…. *) der elektrische Strom kann u.A.auch indirekt über das mit ihm vernüpfte H-Feld gemessen werden. 2012/13 ETG1v8.ppt

Stromdichte Stromdichte = Strom / Querschnittsfläche S=I/A Bei gegebenem Strom ändert sich die Fließgeschwindigkeit der Elektronen mit dem Querschnitt. Dies hat Auswirkungen auf die Erwärmung des Leiters Leiterquerschnitte: Draht = kreisrund A = r2 = d2p /4 Rechteckprofil A = b.h Hohlprofil rechteckig A = (ba.ha)- (bi.hi) 2012/13 ETG1v8.ppt

Stromdichte Wie viele Elektronenladungen fließen pro Sekunde bei einem Strom I durch den Querschnitt A eines Drahtes? Durchströmendes Volumen: V = Querschnitt A mal Länge s : V = A.s Länge des Zylinders: s = v.t Wie viele Lqadungen sind in diesem Volumen? Ladungsmenge = Ladungsdichte N * Ladung qe* Volumen V Q = N.qe.V = N.qe.A.v.t Strom = Ladungsmenge pro Zeitintervall: I = Q/t = N.e.A.v Daraus die Strömungsgeschwindigkeit der Elektronen  v=I/(N.qe.A) 2012/13 ETG1v8.ppt

Beispiel Wie groß ist die Ladungsträgerdichte im Kupferdraht? Ein Volumen von V= 1cm³ Kupfer (Cu) wiegt m= 8,92 g (= spez. Masse). In 1mol Cu, das sind m= 63,5g (Atommasse), befinden sich NA = 6,022*1023 Atome. Da jedes Cu-Atom im Mittel ein Leitungselektron zur Verfügung stellt, ist dies zugleich auch die Zahl der Elektronen. 1 cm3 Cu enthält den Bruchteil 8,92 g / cm³ dividiert durch 63,5 g / mol = 0,140 mol / cm³. 1cm³ Cu enthält daher n = 0,140 mol/cm³ * NA = 0,140 mol/cm³ * 6,022.1023 Atome/mol n = 0,846*1023 Leitungselektronen /cm³. In 1 cm³ Kupfer stehen für die elektrische Leitung zirka 0,8*1023 Leitungselektronen zur Verfügung. 2012/13 ETG1v8.ppt

Beispiel Wie groß ist die mittlere Geschwindigkeit der Leitungs-Elektronen bei I= 8 Ampere in einem Kupferdraht mit A=1,5 mm² Querschnitt? 2012/13 ETG1v8.ppt

Wo liegen diese Folien ? Am FH-Server : derzeit noch auf meiner Homepage, bis dann der Moodle- Server beschickt ist. Anrechnungsanträge bitte mit Unterlagen bitte beim zuständigen Fachbereichsleiter eingeben. Generell wird die HTL-Reifeprüfung der Elektrotechnik oder Elektronik für Grundlagen, Übungen und Labor angerechnet. Andere äquivalente Vorbildungsformen werden derzeit nur bei Vorlage eines entsprechenden Dokuments (Uni-Prüfungszeugnis,…) bzw. nach einer schriftlichen Überprüfung angerechnet ! Viel Spaß dann bei der Eröffnungsparty und einen guten Studienbeginn! 2012/13 ETG1v8.ppt