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elektrische Feldstärke
Kraft/ Ladung
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In welche Richtung wirkt die Kraft in einem elektrischen Feld auf eine negative Ladung?
bei negativer Ladung entgegen der Richtung der Feldlinien
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Wasseranalogiemodell
- Stromstärke = fließende Wassermenge/ Zeit
- Spannung = Höhendifferenz in Speicherbehältern
- elektr Widerstand = Rohrquerschnitt einer Verbindungsleitung
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Definition elektr Stromstärke im Sinne des SI Einheitensystems
= längenbezogene Abstoßungskraft zweier parallel stromdurchflossener Leiter mit Abstand von genau 1m
- Grundlage der abstoßenden Kraft ist Lorenzkraft
- 1A = 2x10-7 N/m
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Arten elektr. Leitung
- metallische: Elektronenleitung im Festkörper (Elektronengas in Leitungsbändern)
- Halbleiter: Leitung durch Elektronen
- Ionenleitung: Bewegung geladener Atome/ Moleküle in Flüssigkeiten
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wann ist mit ernsthaften Verletzungen/ Störungen bei Menschen zu rechnen, wenn sie vom elektrischen Strom durchflossen werden
- starke Muskelkrämpfe/ Herzkammerflimmern treten etwa ab 25-30mA auf
- Fehlerstromschutzeinrichtungen schalten daher bei diesem Wert ab
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Definition Wirkungsgrad bei elektr. Gerät
- Quotient aus abgeführter (mechanischer) Nutzleistung und zugeführter (elektr.) Leistung
- Werte zwischen 0 und 1
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ohmscher Widerstand im metallischen Leiter
r = ρ * l / A
- ρ = materialabhängige Konstante "spezifischer Widerstand"
- l = Länge des Leiters (Widerstand wird mit Länge größer
- A = Querschnitt des Leiters (W wird mit Fläche kleiner)
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aktiver Zweipol
- enthält mind. eine Strom-/ Spannungsquelle
- elektr. Leistung ist <0
- Leistung fließt aus Zweipol heraus
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passiver Zweipol
- enthält keine Strom-/ Spannungsquelle
- elektr. Leistung im Verbraucherzählpfeilsystem >0
- Leistung fließt in Zweipol hinein
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Erklärung physikalischer Effekt der Feldschwächung in einem Dielektrikum
- beim nicht leitenden Dielektrikum kann die Ladung nur in Form von Aufenthaltswahrscheinlichkeiten in Orbitalen erfolgen
- da sich ungleichnamige Ladungen anziehen, polarisieren Orbitale des Dielektrikums entgegengesetzt zum anliegenden elktrischen und schwächen es damit innerhalb des Dielektrikums
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Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikums
- im Material bilden sich Leitungskanäle
- das Dielektrikum isoliert nicht mehr
- in der Regel: Zerstörung des Dielektrikums durch Wärmeeinwirkung
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Zeitverhalten von Strom und Spannung an idealem und realen Kondensator
Kondensator der Strom läuft vor
- Ladung muss sich erst in Kapazität ansammeln bevor sich Spannung bilden kann
- Phasendifferenz 90°
- bei realem Kondensator ist Phasendifferenz kleiner wegen ohmschen Anteils (Leitfähigkeit des Dielektrikums)
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Zeitverhalten von Strom und Spannung an einer idealen und realen Spule
Strom läuft hinterher
- Ursache ist die Selbstinduktion einer Gegenspannung gegen die Stromänderung
- bei idealer Spule, Phasendifferenz 90°
- bei realer Spule ist Phasendifferenz geringer aufgrund des ohmschen Anteils
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Warum verwendet man zur Charakterisierung sinusförmiger Größen in der Wechselstromtechnik "Effektivwerte" und keine arithmetischen Mittelwerte?
- arithm. Mittelwerte sind bei sinusförmigen Größen um den Nullpunkt gleich null und können somit keine Aussage treffen
- Effektivwert ist quadrat. Mittelwert, der auch bei sinusförmigen Größen um den Nullpunkt eine Charakterisiserung ermöglicht
- Scheitelwert /Wurzel(2)
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Was passiert in einem RLC Reihenschwingkreis, der mit einem Schalter von der Versorgungsspannung getrennt wurde
im RLC Reihneschwingkreis wird zyklische Energie von elektrostatischer Energie in der Spule umgewandelt. Dadurch entsteht eine Schwingung von Strom und Spannung. Durch den Verlust am ohmschen Widerstand baut sich diese Schwingung allerdings mit der Zeit ab
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Blindleistung
- wird nicht im Verbraucher umgesetzt, pendelt nur auf der Leitung in Form eines Stromflusses
- entsteht, wenn Strom und Spannung phasenverschoben sind
- Blindleistung erhöht Verluste auf Versorgungsleitungen
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Resonanz
- In Resonanz sind Spannungen über Spule und Kondensator gleich groß.
- Resonanzfrequenz ƒR = 1/2π * 1/√(LC)
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Methoden zur Blindleistungskompensation bei induktiver Last
- Parallelschaltung eines großen Kondensators
- Verwendung einer Synchronmaschine im Phasenschieberbetrieb
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Was versteht man unter einer Wirkleistungsangabe "23kW 100% ED S1"?
Mit dem Gerät ist ein Dauerbetrieb mit 100% Einsatzdauer mit 23kW Nutzleistung ohne jede Unterbrechung möglich
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Valenzband
bezeichnet das höchste, noch von Elektronen besetzte Energieband
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Leitungsband
- definiert als das nächst höhere Energieband
- behält bei 0 Kelvin (dem absoluten Nullpunkt) keine Elektronen
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Bandlücke
energetische Differenz zwischen Valenz- und Leitungsband
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Warum ist bei Halbleitder die Temperaturabhängigkeit des ohm'schen Widerstandes der des metallischen Leiters entgegengesetzt?
- Halbleiter:
- ohm'scher Widerstand = Zahl der für Ladungstransport zur Verfügung stehenden freien Elektronen
- Zahl steigt mit der Temperatur, weil Elktronen aus dem Valenzband in das Leitungsband wechseln
- metallischer Leiter:
- Widerstand = Stoßwahrscheinlichkeit von freien Leitungselektronen mit anderem Leitungselektron bzw mit Atomkern des Kristallgitters, die mit der Temperatur steigt
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Dotieren eines Halbleiters
- Einfügen weniger Fremdatome in das Halbleitermaterial um die Leiteigenschaften zu beeinflussen
- Durch zusätzliche Ladungsträger wird die Leitfähigkeit erhöht
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Schlupf bei Asynchronmaschine
= die auf die Drehfrequenz des Drehfeldes normierte Drehfrequenzdifferenz zwischen Rotor und Drehfeld
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Verhalten ASM, wenn zwei Leiter der Statorspannung vertauscht werden
Veränderung der Drehrichtung der Maschine, da sich die Richtung der Drehfeldwelle ändert
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Wovon hängt Erwärmung eines Stromkabels ab?
- Von Stromstärke und Querschnittsfläche des Leiters.
- Koeffizient dieser Größen ist die Stromdichte
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Wie warm darf PVC Kabel durch Betrieb werden und warum?
- in der Regel max 70K Übertemperatur und damit 90°
- Wird das Kabel wärmer, versagt die Isolierung
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welche Arbeiten an Schaltanlagen dürfen Elektrofachkraft, Elektrotechnisch unterwiesene Personen und Elektrolaien vornehmen
- Elektrolaie: bedienen, beobachten, stellen
- Elektrotechnisch unterwiesene Person: fest umrissene Wartungstätigkeiten
- Elektrofachkraft: planen, errichten, ändern, Funktionsprüfung, Instandsetzen
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ist es möglich, sicherheitstechnische Vorschriften durch Vereinbarung zwischen Hersteller und Betreiber zu umgehen?
Nein
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Wie reagiert das Stromversorgungsnetz, wenn die gesamte Last größer ist als die von den Kraftwerken zur Verfügung gestellte Leistung
Die Frequenz der Wechselspannung wird geringer
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Warum ist ein Hauptschalter mit einem Vorhängeschloss abschließbar?
Schutz vor unbefugtem einschalten der Maschine während der Wartungsarbeiten
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Unter welcher Bedingung spricht man bei einem Netzwerk von einem abgeschlossenen System
ein aktiver Zweipol enthält mind. eine Strom- oder Spannungsquelle. Die elektrische Leistung ist im Verbraucherzählpfeilsystem kleiner null. Leistung fließt aus dem Zweipol heraus
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