Grundlagen der Elektrotechnik: Kirchhoffsche Regeln und Ohm'sches Gesetz

Kirchhoffsche Regeln

Maschenregel

Das Prinzip der Erhaltung der Energie ist auf Schaltungen durch das Gesetz der Maschen anwendbar. Schließen Sie eine Reihenschaltung von drei Widerständen und überprüfen Sie, dass die Summe der Spannungen (jeweils) mit der Spannung an den Klemmen der Quelle übereinstimmt. Die algebraische Summe aller Spannungsabfälle über einen geschlossenen Pfad (Masche) in der Schaltung ist gleich Null. Das heißt, die Summe der Spannungsänderungen (ΔV) für einen geschlossenen Kreis ist Null. Dieser Satz ist einfach eine andere Formulierung des Prinzips der Energieerhaltung in elektrischen Schaltungen, die aus dem Potenzialunterschied als Arbeit und Energie erklärt werden kann.

Knotenregel

Das Prinzip der Erhaltung der elektrischen Ladung wird durch das Gesetz der Knoten ausgedrückt. Ein Knoten ist ein Punkt, an dem sich die Schaltung in Zweige aufteilt. Er kann als jeder Punkt betrachtet werden, an dem mindestens ein Leiter ankommt und mindestens ein Leiter wegführt. In jedem Knoten muss die algebraische Summe der Ströme Null sein. Dieser Satz, auch als KCL bekannt, ist eine einfache Aussage des Prinzips der Ladungserhaltung (I₁ - I₂ - I₃ = 0).

Merkmale passiver Bauelemente

Kennlinien passiver Bauelemente

Die Eigenschaften eines Elements werden durch die Funktion der Stromstärke f(Spannung) beschrieben. Wenn dasselbe Element verschiedenen Spannungen ausgesetzt wird, durchlaufen es unterschiedliche Stromstärken. Dies ermöglicht die Erstellung einer Tabelle mit aufgezeichneten V/I-Werten, die dann grafisch dargestellt werden können.

Diode

Eine Diode ist ein Halbleiter, der den Durchgang von elektrischem Strom nur in einer Richtung ermöglicht und ähnliche Eigenschaften wie ein Schalter aufweist. Vereinfacht ausgedrückt, besteht die Kennlinie einer Diode (I/V) aus zwei Bereichen: Innerhalb einer bestimmten Potenzialdifferenz verhält sie sich wie ein offener Stromkreis (kein Stromfluss), und darüber hinaus wie ein geschlossener Kreis mit einem sehr geringen elektrischen Widerstand.

Widerstand

Ein Widerstand oder Resistor ist eine elektronische Komponente, die einen spezifischen elektrischen Widerstand zwischen zwei Punkten in einer Schaltung einführt. In anderen Fällen, wie bei Heizungen, werden Widerstände verwendet, um die Joulesche Wärme zu erzeugen. Techniker verwenden häufig den Begriff Widerstand, wenn sie einen größeren Widerstand meinen.

Ohm'sches Gesetz

Die Stromstärke, die durch einen Leiter in einem Stromkreis fließt, ist direkt proportional zur an seinen Enden anliegenden Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand des Leiters. Mathematisch wird dieses Gesetz wie folgt ausgedrückt: I = U / R oder V = IR, wobei:

• V die an den Enden des Leiters anliegende Spannung ist (in Volt, V)
• R der Widerstand des Leiters ist (in Ohm, Ω)
• I die Stromstärke ist, die durch den Leiter fließt (in Ampere, A)

Wenn wir das Ohm'sche Gesetz nach dem Widerstand auflösen, erhalten wir: R = U / I. Basierend auf dem Ohm'schen Gesetz wird die Einheit des elektrischen Widerstands wie folgt definiert: Der Widerstand eines Leiters beträgt 1 Ohm, wenn ein Strom von einem Ampere bei einer Spannung von einem Volt über den Widerstand fließt. R (Ω) = V (Volt) / I (Ampere), also 1Ω = V / A.

Einschränkungen des Ohm'schen Gesetzes

Beachten Sie, dass das Gesetz einige Einschränkungen hat:

1. Es kann auf Metalle angewendet werden, aber nicht auf Kohle oder Materialien, die in Transistoren verwendet werden.
2. Bei der Anwendung dieses Gesetzes muss berücksichtigt werden, dass sich der Widerstand mit der Temperatur ändert, da alle Materialien durch den Stromfluss erwärmt werden.
3. Einige Legierungen leiten Ströme in einer Richtung besser als in der anderen.