Zusammenfassung Elektrizitätslehre

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Zusammenfassung Elektrizitätslehre

1. Grundlagen der Elektrizitätslehre

1.1 Die Schaltsymbole

Um die Schaltkreise darzustellen, verwendet man sogenannte Schaltpläne. Um einzelne Bauelemete

zu kennzeichnen, verwendet man die Schaltsymbole.

1.1 Regeln der Elektrizitätslehre

Elektrizität strömt von stellen hohen Potentials zu stellen tiefen Potentials.

Der elektrische Strom ist ein Kreislauf, aber die Energie wird von der Spannungsquelle zum

Verbraucher transportiert.

1.2 Größen in der Elektrizitätslehre

Spannung/Potential

Die elektrische Spannung (=Potentialunterschied) gibt an, wie stark der Antrieb des elektrischen

Stromes ist.

Formelzeichen: U

Einheit: Volt, V (1V, 2V, 112V,…)

Stromstärke

Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viel Elektrizität pro Zeit strömt.

Formelzeichen: I

Einheit: Ampere, A (1A, 2A, 112A ,…)

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Widerstand

Der elektrische Widerstand ist ein Maß dafür, welche elektrische Spannung erforderlich ist, um eine

bestimmte elektrische Stromstärke durch einen elektrischen Leiter (Widerstand) fließen zu lassen.

Formelzeichen: R

Einheit: Ohm, Ω (1Ω, …)

1.3 Das Ohm’sche Gesetz

U = R • I

R = Widerstand (in Ω)

U = Spannung (=Potentialunterschied in Volt)

I = Stromstärke (in Ampere)

Beispiel: U = 9V, I = 1A

U = R * I |: I

U: I = R

9V: 1A = R

R = 9Ω

1.4 Die Kirchhoff’schen Regeln

1.4.1 Die Knotenregel

Der Strom, der in einen Knoten fließt, muss genauso groß sein, wie der Strom, der raus fließt.

I1 + I2 + I4 = I3

1.4.2 Die Maschenregel

Die Maschenregel besagt, dass alle Teilspannungen einer Masche in einem elektrischen Kreis

zusammen 0 ergeben.

Beispiel: Wenn die Batterie 9V liefert, und die Widerstände alle

gleich sind, so müssen an jedem Widerstand 3V abfallen, um auf

insgesamt 0 zu kommen (9V – 3V – 3V – 3V = 0 V)

Knoten

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1.5 Ersatzwiderstände berechnen

1.5.1 Reihenschaltung

Eine Reihenschaltung erkennt man daran, dass die

Widerstände hintereinander verbunden sind.

Da man, wie man sehen kann, mehrere

Widerstandswerte hat und nicht einen, kann man

nicht mit Formeln arbeiten (diese arbeiten mit einem

Ersatz-Widerstand). Um nun diesen Ersatzwiderstand

(im Folgenden als 𝑅𝑒 bezeichnet) zu berechnen,

verwendet man diese Formel:

𝑅𝑒 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3

diese kann beliebig weiter fortgeführt werden mit weiteren in Reihe geschalteten Widerständen!

1.5.2 Parallelschaltung

Hier kann man gut erkennen, dass die

Widerstände nicht hintereinander (wie bei der

Reihenschaltung) sondern nebeneinander

geschaltet sind.

Das nennt man dann Parallelschaltung. Um hier

den Gesamt-Widerstand zu berechnen,

verwendet man folgende Formel:

1.6 Komplexere Schaltungen

Bei komplexeren Schaltungen, d.h. mit kombinierten Reihen- und Parallelschaltungen geht man wie

folgt vor:

Man berechnet (wie oben beschrieben) die Ersatzwiderstände (𝑅𝑒) von erkennbaren Teilen der

Schaltung, welche entweder nur Parallel- oder Reihenschaltungen sind. (Herunterbrechen auf

berechenbare Teil-Schaltung)

Nun ersetzt man gedanklich diese Stücke durch diesen Ersatzwiderstand und kann so weitere Teile

der Schaltung berechnen (immer wieder einzelne Teile ausrechnen).

1.7 Der Draht als Widerstand

Je länger der Draht, desto größer sein Widerstand (l = Länge)

Je größer die Querschnittsfläche, desto kleiner sein Widerstand (A = Querschnittsfläche)

Der Widerstand eines Drahtes hängt von dessen Material ab. (𝜌 beschreibt das Material)

Leitungswiderstand: 𝑅 = 𝜌 ∗ 𝑙

𝐴 (𝜌 ist ein Materialabhängiger Wert)

𝑅𝑒 = 𝑅1 ∗ 𝑅2𝑅1 + 𝑅2

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1.8 Elektrische Leistung

Die elektrische Leistung gibt an, wie viel elektrische Arbeit der elektrische Strom in jeder

Sekunde verrichtet bzw. wie viel elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt

wird.

Formelzeichen: P

Einheit: W, Watt (1 W)

Berechnung der elektrischen Leistung: P = U * I

2. Halbleiter

2.1 Die Diode

Die Diode lässt die Elektrizität nur fließen, wenn an der Anode (A) ein höheres Potential anliegt als an

der Kathode (K) .

Anders gesagt: Der Strom kann nur in Richtung des

Pfeils fließen.

2.2 Der Transistor

2.2.1 Der FET (=Feldeffektivitätstransistor)

• Lässt die Elektrizität von Source nach Drain fließen, wenn an Gate positive Ladung anliegt

G

2.2 Der Bipolare Transistor

• Lässt die Elektrizität vom Kollektor zum Emitter fließen, wenn an der Basis ein Strom fließt.

C (Kollektor)

A K

S

G

D

D

G

D

E (Emitter)

G

D

B (Basis)

G

D

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3. Elektrostatik

Bildquellen:

www.frustfrei-lernen.de

www.grund-wissen.de

de.wikibooks.org

www.hobby-bastelecke.de

www.wikipedia.de