Vorlesung: Elektromagnetische Schwingungen und Wechselstrom

Rückblick auf Magnetismus

• Magnetische Eigenschaften der Materie betrachtet
• Anwendungen in Technik und Praxis (Verhärtungsschutz, Faraday’sches Induktionsgesetz)

Fokus der Vorlesung

• Zeitlich veränderliche elektrische und magnetische Felder bei Schwingungen
• Frequenzen müssen niedrig genug sein für langsam ausbreitende Felder
• Elektrotechnische Anwendungen: Wechselstromkreise, Lorentzkraft, Generatoren

Elektromagnetische Induktion

• Faraday's Induktionsgesetz: Bewegung von Spulen in Magnetfeldern erzeugt Spannungen
• Lorentzkraft: Stromdurchflossene Leiter in Magnetfeldern erzeugen Kräfte, Basis für Elektromotoren

Wechselstrombeschreibung

• Wechselstrom und Wechselspannung oft mit Sinus- und Kosinusfunktionen beschrieben
• Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom wichtig
• Effektivwerte (RMS) für praktische Berechnungen verwendet

Berechnung der Leistung im Wechselstromkreis

• Momentanleistung ändert sich periodisch
• Wirkleistung (P), Blindleistung (Q) und Scheinleistung (S) definiert
• Phasenwinkel beeinflusst die Werte (z.B. Phasenwinkel von 0°, 90°)

Phasenverschiebung im Wechselstromkreis

• Verschiebung durch Induktivitäten und Kapazitäten (Spulen und Kondensatoren)
• Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung beeinflusst Wirkleistung

Effektivwerte

• Effektivwert der Spannung: Ueff = Umax / √2
• Effektivwert des Stroms: Ieff = Imax / √2
• Effektivwerte ermöglichen einfache Berechnung der Wirkleistung

Drehstromsysteme

• Drei Phasen um 120° verschoben erzeugen ein rotierendes Magnetfeld
• Stern- und Dreieckschaltung unterschieden
• Sternschaltung: Zentralpunkt mit drei Phasen (0-Leiter)
• Dreieckschaltung: Phasen in Dreieck angeordnet, keine Neutralleiter

Transformatoren

• Primär- und Sekundärspulen erzeugen induzierte Spannungen
• Verhältnis von Primär- zu Sekundärspannung abhängig von den Windungszahlen
• Praktische Demonstration hoher Spannungen mit Transformator gezeigt