Grundlagen Elektrik

 

Spannung

 Elektrische Spannung entseht durch die Ansammlung gleichartiger Ladung an einem Pol. (Potential)

Potential-differenz = Spannung zwischen zwei unterschiedlich elektrisch geladenen Polen; je größer die Differenz der Potiale ist, desto höher ist die anliegende Spannung.

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Wann leiten Werkstoffe?

Die elektrische Leitfähigkeit eines Werkstoffes ist abhängig von der Anzahl der freien Elektronen.

• sehr wenig oder keine freien Elektronen - schlechter Leiter oder Nichtleiter 
• zum Beispiel alle Isolierstoffe (Glas, Porzellan, Keramik, Kunststoff)
  

• sehr viele freie Elektronen - Leiter 
• zum Beispiel Kupfer, Aluminium, Platin, Gold, Silber
  

• Stoffe auf die eine Energie wirken muss, damit diese zu einem Leiter werden nennt man Halbleiter
• auf den Werkstoff wirkende Energie setzt Elektronen frei und macht diesen zum Leiter
• Beispiel für einwirkende Energien: Wärme, Druck, Spannung
• Beispiel Werkstoffe: Germanium (Ge), Silizium (Si), Selen (Se)

 

Spannungsarten

Gleichspannung

• gleichbleibende Spannung
• gleichbleibende Polarität

 

Wechselspannung

• fortlaufende Änderung der Spannungshöhe und -Polarität
• Bsp. periodische Wechselspannungen - fortlaufend in gleicher Zeit wiederholende Änderung der Polarität um den Mittelwert Null
• sinusförmige Wechselspannung 

VonMatthias Krüger - Diese Datei wurde von diesem Werk abgeleitet: Sinus-spannung.gif, Gemeinfrei, Link

Mischspannung

• entsteht bspw. bei der Gleichrichtung einer Wechselspannung
• Gleichspannung, welche mit einer Wechselspannung überlagert ist (Oberwelligkeit)
• Spannung pendelt um einen bestimmten Spannungswert als Mittelwert (nicht um den Nullpunkt wie bei Wechselspannung)

 

Von E.Waffenschmidt - Eigenes Werk, CC BY 3.0

Strom

Beschreibt die Anzahl der in einer Sekunde durch einen Leiterquerschnitt fließenden Ladungsträger (Elektronen). (Stromstärke in Ampere)

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physikalische Stromrichtung

Fließrichtung der Elektronen: vom Minuspol (Elektronenüberschuss) zum Pluspol (Elektronenmangel)

 

technische Stromrichtung (nach Schaltplänen und Verwendung im Alltag)

Festlegung des Stromflusses vom Pluspol zum Minuspol.

 

Stromarten

• Gleichstrom (DC - Direct Current)
  

• Wechselstrom (AC - Alternating Current)
  

• Mischstrom

 

Widerstand

Der elektrische Widerstand eines Bauteils gibt an, wie stark der elektrische Strom in ihm behindert wird.

 Widerstandshöhe (Innenwiderstand) ist abhängig von

• Materialabmessungen (Leitungsquerschnitt in mm2)
• Materialeigenschaften (Welches Material ist verbaut? - Kupfer, Aluminium, Gold?)
• spezifischer Leitungswiderstand ist zu beachten
• Materialtemperatur
  

 

R (Widerstand in Ohm)  = U (Spannung in Volt)  /  I (Stromstärke in Ampere)

Widerstand ist also zusätzlich abhänig von Spannung und Stromstärke. (mehr Info hier)

 

Ursachen für Leitungswiderstand

• Korrosion (Oxidation)
  
• lose (Steck-)Verbindungen
• Beschädigung des Leiters

Leitungswiderstand entsteht erst unter Last des Bauteils. Lässt sich mittels Spannungsverlustprüfung messen.

nach DIN 72551 zulässiger Spannungsverlust bei Nennspannung von 12 V beträgt

• max. 0,8 V (Lichtanlage, "normale" Leitungen)
• max. 0,4 V (Generatorkreis - bei Nennleistung)
• max. 0,5 V (Starterkreis - Einschaltmoment)
  

Temperatur- und lichtabhängige Widerstände

Temperaturabhängige Widerstände

PTC (positive temperature coefficient)

• Kaltleiter
• je höher die Temperatur, desto größer der Widerstand
• wird zum schnellen Aufheizen von Bauteilen genutzt

• Heckscheibenheizung
• Glühstiftkerzen
• Spiegelheizung

 

NTC (negative temperature coefficient)

• Heißleiter
• je höher die Temperatur, desto kleiner der Widerstand
• wird zur Temperaturmessung verbaut

Lichtabhängige Widerstände

• LDR (Light dependent resistor)
• Widerstand wird mit zunehmender Helligkeit kleiner

Einsatzbereiche im Kfz

• Regensensor
• Beleuchtungsregelung Instrumentenbeleuchtung (Verringerung der Blendwirkung bei Nachtfahrt)
• automatisches Abblenden des Innenraumspiegels
  

Leistung

Die vollbrachte elektrische Leistung steht im Bezug zur anliegenden Spannung sowie der Stromstärke.

Als Formelzeichen wird P (eng. Power) verwendet. (Standard Einheit: W - Watt)

 

 P (Leistung in Watt) = U (Spannung in Volt) * I (Stromstärke in Ampere)