Grundlagen der Elektrotechnik I für Informatik 1 Grundlagen der Elektrotechnik I für Informatik Vorlesung: 16.10.2007 Do. 8:15 – 9:45, Uhr R. 1603 (Hörsaal) Dr. Klaus Mayer E-Mail: kmayer@uni-kassel.de Tel.: 0561 804 6427; Fax: 0561 804 6489 URL: http://www.tet.e-technik.uni-kassel.de Universität Kassel FB16: Elektrotechnik / Informatik FG TET: Theoretische Elektrotechnik Büro: Wilhelmshöher Allee 71, Raum 2114 D-34121 Kassel

Grundlagen der Elektrotechnik I für Informatik 2 Grundlagen der Elektrotechnik I für Informatik Vorlesung: Do. 08:15 – 9:45, Uhr R. 1603 (Hörsaal) Übung: Mo. 08:15 - 9:00 Uhr, R. 0446 Mo. 09:15 -10:00 Uhr, R. 0446 Dr. Oliver Haas Tutorium: Do. 14:00 - 16:00 Uhr R. 1332 Do. 16:00 - 18:00 Uhr R. 2104 Dr. Oliver Haas / Dipl. Ing. Gregor Ballier Dipl. Ing. Yanna Mikhlina

Grundlagen der Elektrotechnik I Skript 3 Grundlagen der Elektrotechnik I Skript Quellen: H. Clausert, G. Wiesemann, Grundgebiete der Elektrotechnik, 9. Auflage, Bd. I, Oldenburg Verlag, München Wien R. Marklein, Skript zur Vorlesung GET I, Universität Kassel, 2006 L. Brabetz: Skript zur Vorlesung GET I, Universität Kassel, 2007 S. Heier: Skript zur Vorlesung GET I, (Inf, Mech, Wir) 2006 Legende: Text: Lehrinhalte und Erläuterungen Gleichungen: Grundlegende Beziehungen Nummerierung entsprechend CW Bilder: Quellenangabe oder bei Nummerierung, CW Text: Beispiele und Übungen Gleichungen: Ergebnis für ein Beispiel oder eine Übung Gleichungen: Wiederholung

Die GET I- und GET II-Vorlesung baut auf den folgenden Lehrbüchern auf: 4 Clausert, H. und G. Wiesemann [CW, Band I]: Grundgebiete der Elektrotechnik I. Gleichstromnetze, Operationsverstärkerschaltungen, elektrische und magnetische Felder. 9. durchgesehene Auflage, R. Oldenbourg Verlag, München, 2004. 263 S., Broschur, (EUR) € 24.80, ISBN 3-486-27575-5 Clausert, H. und G. Wiesemann [CW, Band II]: Grundgebiete der Elektrotechnik II. Wechselströme, Drehstrom, Leitungen, Anwendungen der Fourier-, der Laplace- und der Z-Transformation.  9. durchgesehene Auflage, R. Oldenbourg Verlag, München, 2005. 344 S., Broschur, (EUR) € 34.80, ISBN 3-486-27582-8

Weitere Literaturempfehlung … 5 Albach, Manfred: Grundlagen der Elektrotechnik 1. Erfahrungssätze, Bauelemente, Gleichstromschaltungen. Pearson Studium, München, 2004. 304 S., Gebunden, (EUR) € 29,95, ISBN 3-8273-7106-6 Albach, Manfred: Grundlagen der Elektrotechnik 2. Periodische und nicht periodische Signalformen. Pearson Studium, München, 2005. 272 S Gebunden, (EUR) € 29,95, ISBN 3-8273-7108-2

Weitere Literaturempfehlung … 6 Hagmann, Gert: Grundlagen der Elektrotechnik. 11 Aufl., AULA-Verlag, Wiebelsheim, 2005. 398 Seiten, bunden, (EUR) € 19,80, ISBN 3-8910-4687-1 Hagmann, Gert: Aufgabensammlung zu den Grundlagen der Elektrotechnik. Mit Lösungen und ausführlichen Lösungswegen. 11 Aufl., AULA-Verlag, Wiebelsheim, 2005. 394 Seiten, (EUR) € 19,80, ISBN 3-8910-4679-0

Warum sind Sie/Wir hier? 7 Kompetenzen von Morgen Ingenieure: Sie entwerfen Schaltungen, entwickeln die Hard- und Software elektronischer Geräte, sind für die Automatisierung von Kraftfahrzeugen oder Großkraftwerken zuständig, konzipieren und realisieren Computernetze oder sorgen für sichere Verbindungen im Internet. Bedarf: Der Aufschwung in der Branche führt dazu, dass der Bedarf an qualifizierten Nachwuchskräften die Zahl der Absolventen bei weitem übersteigt. Die Berufsaussichten für heutige Studieneinsteiger sind ausgezeichnet. Beispiel: von der WWW-Seite des VDE (Der VDE ist der Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik, ihrer Wissenschaften, der darauf aufbauenden Technologien und Anwendungen) In sämtlichen Boom-Branchen unserer Wirtschaft wie in der Informationstechnik, in der Telekommunikation oder in der innovativen Verkehrstechnik tragen Ingenieure der Fachrichtung Elektrotechnik und Informationstechnik entscheidend zum technischen Fortschritt bei. Sie entwerfen Schaltungen, entwickeln die Hard- und Software elektronischer Geräte, sind für die Automatisierung von Kraftfahrzeugen oder Großkraftwerken zuständig, konzipieren und realisieren Computernetze oder sorgen für sichere Verbindungen im Internet. Der Aufschwung in den genannten Branchen hat in den letzten Jahren dazu geführt, dass der Bedarf an qualifizierten Nachwuchskräften die Zahl der Absolventen bei weitem übersteigt. Auf Grund der niedrigen Studienanfängerzahlen seit Beginn der 90er Jahre wird sich diese Tendenz in den nächsten Jahren fortsetzen. Die Berufsaussichten für heutige Studieneinsteiger sind ausgezeichnet. VDE / HSS - Jugendforum – Systems 26.10.2007] Die Zahl der Ingenieure in Deutschland reicht nicht mehr aus, um die Produkte der Zukunft zu entwickeln! Daher will das Jugendforum 2007 junge Menschen aufrufen, in die attraktiven und aussichtsreichen technischen Berufe einzusteigen.

Warum sind Sie/Wir hier? 8 Elektroingenieure arbeiten im Vergleich zu Ingenieuren anderer Fachrichtungen bedeutend häufiger im Bereich Forschung und Entwicklung – ein Trend mit steigender Tendenz. Mit ebenso steigender Tendenz werden Elektroingenieure für den Marketing- und Vertriebsbereich eingestellt..(Quelle: Fachschaft Elektro- Informationstechnik, Uni-Karsruhe)

(Technische) Informatik – Ihr Arbeitsfeld Die Informationstechnik hat die Welt in wenigen Jahren verändert und wird sie weiter verändern. Dabei werden die Rechnersysteme immer komplexer und greifen in alle Lebensbereiche ein. In der Industrie reichen die Anwendungen von der Steuerung einzelner Maschinen bis zu computerintegrierter Fertigung und zu Leitsystemen für umfangreiche Prozesse. Vernetze Bordrechnerstrukturen gehören bei Zügen und Flugzeugen inzwischen zum Standard, Sie kennen sie möglicherweise auch bereits aus dem eigenen Auto oder dem Ihrer Eltern. Mit Mobiltelefon und MP3-Player prägt die Kommunikationstechnik unseren Alltag und kaum noch ein Arbeitsplatz kommt ohne Computer aus.

Aber je komplexer die Technik wird, desto schwerer fällt der Überblick, wie sie funktioniert und welche Auswirkungen sie jeweils für den Menschen hat. Damit Systeme betriebssicher und effektiv bleiben, müssen Entwurfsverfahren angewendet werden, die die Hardwareseite ebenso berücksichtigen wie die Software. Als Ingenieurin oder Ingenieur brauchen Sie dafür einen Gesamtüberblick. Sie müssen mit der Elektrotechnik vertraut sein und zugleich die Informatik verstehen, um zum Beispiel entscheiden zu können, welche Teile eines Systems günstiger als Hard- und welche besser als Softwarekomponente ausgeführt werden sollten

Die Praxis zeigt, dass es nicht ausreicht, nach einem abgeschlossenen Elektrotechnikstudium einfach programmieren zu lernen. Denn im Studium der Elektrotechnik fehlen Grundlagen der diskreten Mathematik und Kenntnisse diskreter Strukturen mit den zugehörigen Algorithmen und es fehlt die Erfahrung, wie man komplexe Systeme entwirft. Ebenso wenig reicht es andererseits aus, wenn man Informatik studiert hat, einfach einen Kurs über Elektronik zu belegen. Im Studium der Informatik fehlen Teile der Ingenieurmathematik, die für die Modellbildung wesentlich sind, wie z. B. die Theorie der Differentialgleichungen und Integraltransformationen, Teile der angewandten Physik sowie ein systemtheoretisches Verständnis der Elektrotechnik.

Projektion auf den Fachbereich (FB16) Elektrotechnik / Informatik 12 Physik z.B. Chemie Mathematik Datenbanken Digitaltechnik Eingebettete Systeme Kommunikationstechnik Neuronale Netze Programmierspachen/-methodik Rechnerarchitektur + Sys..Prog Software Engineering Technische Informatik Verteilte Systeme Wissensverarbeitung Mechatronik Elektrotechnik Elektrochemie Grundlagen Maschinenbau Informatik Ingenieur Wissenschaften Kommunikation Energie Mobilität Datenverarbeitung Maschinen Medizin Datenerfassung Fertigung … Anwendungen

GET I – Mechatronik / Wirtschaftsingenieurwesen – Übersicht 13 0. Einheiten und Gleichungen 1. Grundlegende Begriffe 2. Berechnung von Strömen und Spannungen in elektrischen Netzen 3. Elektrostatische Felder 4. Stationäre elektrische Strömungsfelder 5. Stationäre Magnetfelder 6. Zeitlich veränderliche magnetische Felder

GET II – Mechatronik/Wirtschaftsingenieurwesen – Übersicht 14 7. Wechselstromlehre komplexe Rechnung, Schaltungen mit R,L und C Bauelementen, Schwingkreise 8. Mehrphasensysteme Drehstrom 11. Nichtsinusförmige Vorgänge Fourier-Reihen, Fourier-Transformation, Abtastung

2. Berechnung von Strömen und Spannungen in elektrischen Netzen 15 Übersicht

3. Elektrostatische Felder 16 Skalarfeld: Elektrostatisches Potenzial (2D-Darstellung) Geometrie des parallelen Plattenkondensators Übersicht

3. Elektrostatische Felder 17 Vektorfeld: Elektrostatische Feldstärke (2D-Darstellung) Geometrie des parallelen Plattenkondensators Übersicht

5. Stationäre Magnetfelder 18 Erde Bild 5.1. Magnetnadel richtet sich im Erdmagnetfeld (vgl. Bild 5.1. in Clausert & Wiesemann [2005, S. 211]) Übersicht