Vorlesung "Gleichstrom-Netzwerke"
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- Zuletzt aktualisiert: Sonntag, 19. Januar 2020 17:01
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Empfohlene Einordnung im Curriculum
Pflichtvorlesung für Studierende elektrotechnischer Diplom- und Bachelor-Studiengänge im 1. Fachsemester
Englische Bezeichnung
DC Networks
Umfang
4-6 Semesterwochenstunden (2-3 Blöcke zu 90 Minuten) über ein Semester
Sprache
deutsch
Motivation
Um die grundlegenden Begriffe, Gesetze und Verfahren der Elektrotechnik auch bei geringen Vorkenntnissen zu erlernen, ist es methodisch sinnvoll, die einfachsten elektrischen Netzwerke zu betrachten, nämlich lineare Gleichstrom-Netzwerke. Hier sind die Gesetze (es sind nur 10) und Verfahren mit minimalem mathematischem Aufwand darstellbar. Nach meiner Erfahrung ist es nicht sinnvoll, mit den elektrischen und magnetischen Feldern (erfordert mindestens die Grundbegriffe der Vektoranalysis) oder Wechselstromtechnik (erfordert den Umgang mit Differenzialgleichungen und komplexen Größen) zu beginnen oder Teile dieses Stoffs in das 1. Fachsemester zu ziehen.
Ausbildungsziele
Neben den Mathematik-Vorlesungen sind die Vorlesungen über die Grundlagen der Elektrotechnik die wichtigsten am Anfang des Studiums. Diese Vorlesung soll das anwendungsbereite Verständnis der elektrotechnischen Grundbegriffe, Grundgesetze und Berechnungsverfahren für elektrische Netzwerke bei Teilnehmern mit den unterschiedlichsten Vorkenntnissen sicherstellen. Darüber hinaus werden Begriffe und Verfahren behandelt, die von übergreifender Bedeutung sind, wie der Umgang mit Zählpfeilen und die Eigenschaften linearer zeitinvarianter Systeme samt Anwendung des Überlagerungssatzes.
Erforderliche Vorkenntnisse und Fähigkeiten
- Aufbau der Materie (Bohrsches Atommodell)
- Elementarmathematik (Bruchrechnen, Umformen von Gleichungen, Umgang mit linearen Gleichungen und Gleichungssystemen ohne Taschenrechner)
- Fähigkeit, sich 90 Minuten lang auf ein Themengebiet zu konzentrieren
- Fähigkeit, aus Büchern zu lernen
- Fähigkeit, Stoff selbstständig zu wiederholen (oder gar vorzubereiten)
- Fähigkeit, mit vollständigen Sätzen und für andere Menschen verständlich eigene Fragen oder Antworten zu formulieren
Inhalt
- Analyse, Synthese, Modellieren
- Ladung, Strom, Potenzial, Spannung, Energie, Leistung
- Zählpfeile und Zählpfeilsysteme
- Lineare und nichtlineare elektrische Widerstände und Leitwerte, Memristoren
- Ideale, lineare und reale elektrische Quellen
- Ohmsches Gesetz, Kirchhoffsche Gesetze, Spannungsteilerregel, Stromteilerregel
- Berechnung der umgesetzten Leistung bei Quellen und Widerständen, Wirkungsgrad, Leistungsbilanz, energetischer Wirkungsgrad
- Eigenschaften linearer zeitinvarianter Systeme, Überlagerungssatz
- Idee der Modellierung realer elektrischer Anordnungen unter Verwendung idealisierter Ersatz-Elemente
- Analyse von linearen Gleichstrom-Netzwerken mit Ersatz-Quellen, Überlagerungssatz, Knotenpotenzialanalyse, Maschenstromanalyse
- Optional: Grundlagen der elektrischen Messtechnik: Fehlerarten, Auflösung, Genauigkeit, ideale und reale elektrische Messgeräte, Spannungs-, Strom-, Leistungsmessung, Messbereichserweiterung
- Optional: Grundlagen der Berechnung nichtlinearer elektrischer Netzwerke
- Optional: Grundlagen der numerischen Berechnung von Gleichstrom-Netzwerken
Lehrmethodik
Seminaristische Vorlesung mit integrierten Übungsanteilen. Intensive Einbeziehung der Hörer durch begleitende Fragen und Behandlung von Fragen aus dem Auditorium.
Lehrmaterialien
- Literaturempfehlungen
- Ausbildungsziele
- Gliederung der Vorlesung
- Script zur Vorlesung: Ist in den ersten beiden Kapiteln des Fachbuches "Harriehausen ; Schwarzenau: Moeller Grundlagen der Elektrotechnik" (ab der 21. Auflage) enthalten.
- Aufgabensammlung
- Lösungen zur Aufgabensammlung
- Alte Klausuraufgaben mit Musterlösungen
Prüfungsform
Klausur von 60-120 Minuten Dauer