Elektrotechnik Grundlagen 1 - Otto-von-Guericke-Universität ...

3. Der Feldbegriff in der Elektrotechnik
Allgemein werden energetische Raumzustände physikalisch als Felder bezeichnet. Ein Feld ist ein
Teil eines Raumes, in dem einer physikalischen Größe in jedem Punkt nach einer bestimmten
Funktion ein bestimmter Wert (skalar oder vektoriell) zugeordnet wird. (z.B. Temperaturfeld,
Höhenlinien einer Karte oder Gravitationsfeld)
Da alle elektrischen Vorgänge in Raum und Zeit stattfinden sind die mathematisch-physikalischen
Beschreibungen grundsätzlich die Berechnung von „Feldern“ –
Die Darstellung erfolgt jeweils mittels Feldlinien = Abstrahierung auf lineare Probleme
Die Berechnung wird auf homogene Felder zurückgeführt = Abstrahierung auf ingenieurmäßig einfach
handhabbare Gleichungen.
Vernachlässigung von sog. Randproblemen = Beschränkung auf die wesentlichen bzw.
interessierenden Erscheinungen.
Folgende Felder werden in der Elektrotechnik definiert:
Elektrisches Feld Stationäre- und Strömungsfelder
Magnetisches Feld
Elektromagnetisches Feld
3.1 Elektrisches Feld
3.1.1 Strömungsfeld (stationär)
z.B. Darstellung mittels Feldlinien d.h. gerichtete (vektorielle) Größen
dI
S = wenn I ⊥ A dann
dA
I
A 1
l 1
I
S 1 = und
A1
ρ ⋅ l
U 1 R1
A1
A2
U
= wenn ρ1 = ρ2 gilt: = = =
U 2 R
ρ ⋅ l
2
2 A1
U
A2
Spannung entlang einer Wegstrecke. U = I ⋅ R
1
l 2
A 2
I
S 2 = also gilt:
A
1
2
2
S 1 A2
= Strom- Felddichte
S
2
A
1
wie bekannt, die Stromstärke ist proportional der
Zweite Feldgröße: Feldstärke
- je größer die Stromdichte, desto größer muss die antreibende Kraft – die Feldstärke sein! –
ρ ⋅ l
1 U 1
dU 1
mit: U = I ⋅ R = I = ρ ⋅ S ⋅ l = ⋅ S ⋅ l also: = ⋅ S allgemein: = dS
A
χ
l χ
dl χ
dU 1
Feldstärke: E = = ⋅ dS die Feldstärke ist die auf einen Längsabschnitt bezogenen
dl
χ
Spannung. E pos. In Richtung des Spannungsabfalls
- wenn U || l und A ⊥ I d.h. U Richtung dann algebraische Gleichung:
1
- S = ⋅ E oder S = χ
⋅ E
ρ
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