Rheinwerk eBooks Computer & Internet*Fit fürs Studium – Elektrotechnik

So gelingt der erfolgreiche Semesterstart

Das Studium der Elektrotechnik hält so manche Herausforderung bereit, und zwar von Beginn an. Bereiten Sie sich gezielt vor: Mit diesem Buch spüren Sie Wissenslücken aus dem »Schulstoff« auf und schließen sie auch gleich. Uwe Post klärt wichtige Grundkonzepte anschaulich und verständlich. Nutzen Sie Simulationssoftware, um Schaltungen ohne spezielle Hardware direkt am Computer zu testen. Mit Übungen und Lösungen, ideal zum Selbststudium. So gehen Sie gut vorbereitet an den Start!

• Grundlagen verstehen, technisches Verständnis schärfen und lösungsorientiertes Denken trainieren
• Mathematische Begriffe, physikalische Grundlagen, Halbleitertechnik, Generatoren, Schaltungen, Mikrocontroller u. v. m.
• Mit vielen Beispielen, Aufgaben und ausführlichen Lösungen

Aus dem Inhalt:

• Mathematische Grundlagen
• Spannung, Strom und Widerstand
• Magnetfelder und Induktion
• Gleich- und Wechselrichter
• Wie Motoren und Generatoren funktionieren
• Digitale Schaltkreise und Logikbausteine
• Praktische Projekte mit Mikrocontrollern

1. Einführung . . . 12

2. Zahlen, bitte: Ein paar Mathe-Grundlagen . . . 18

2. 1 . . . Rechengesetze . . . 19

2. 2 . . . Einheiten und Vorsilben . . . 21

2. 3 . . . Gleichungen . . . 23

2. 4 . . . Funktionsgraphen in kartesischen Koordinaten . . . 27

2. 5 . . . Differenzialrechnung . . . 31

2. 6 . . . Integralrechnung . . . 36

2. 7 . . . Koordinatensysteme und Vektoren . . . 41

2. 8 . . . Trigonometrie und komplexe Zahlen . . . 47

2. 9 . . . Entspannungsübungen . . . 54

2. 10 . . . Lösungen . . . 55

3. Voll geladen: Von Coulomb zum Kondensator . . . 60

3. 1 . . . Ladungen und Coulomb-Kraft . . . 61

3. 2 . . . Potenzial und elektrostatisches Feld . . . 66

3. 3 . . . Plattenkondensator und Kapazität . . . 72

3. 4 . . . Entspannungsübungen . . . 77

3. 5 . . . Lösungen . . . 78

4. Das Kribbeln beginnt: Von Spannung und Strom . . . 82

4. 1 . . . Spannung verursacht Strom . . . 83

4. 2 . . . Widerstand und ohmsches Gesetz . . . 86

4. 3 . . . Kirchhoffsche Regeln und Spannungsteiler . . . 91

4. 4 . . . Halbleiter . . . 95

4. 5 . . . Optoelektronik . . . 103

4. 6 . . . Messgeräte . . . 107

4. 7 . . . Entspannungsübungen . . . 111

4. 8 . . . Lösungen . . . 113

5. Echt anziehend: Magnetfeld und Lorentzkraft . . . 116

5. 1 . . . Physikalische Grundlagen . . . 117

5. 2 . . . Lorentzkraft . . . 122

5. 3 . . . Maxwell-Gleichungen . . . 128

5. 4 . . . Entspannungsübungen . . . 130

5. 5 . . . Lösungen . . . 131

6. Aufgerollt: Spule und Induktion . . . 134

6. 1 . . . Induktion und lenzsche Regel . . . 135

6. 2 . . . Induzierte Wirbelströme . . . 138

6. 3 . . . Transformator . . . 140

6. 4 . . . Selbstinduktion . . . 143

6. 5 . . . Dämpfung durch Induktivität . . . 145

6. 6 . . . Spulen in Schaltungen . . . 146

6. 7 . . . Entspannungsübungen . . . 148

6. 8 . . . Lösungen . . . 149

7. Messen — Steuern — Regeln . . . 152

7. 1 . . . Wer misst, misst Mist . . . 153

7. 2 . . . Multimeter . . . 159

7. 3 . . . Oszilloskop . . . 162

7. 4 . . . Biosensoren . . . 167

7. 5 . . . Steuer- und Regelkreise . . . 168

7. 6 . . . Entspannungsübungen . . . 171

7. 7 . . . Lösungen . . . 172

8. Harmonisch: Schwingkreis und Resonanz . . . 176

8. 1 . . . Hin und her im Schwingkreis . . . 177

8. 2 . . . Praktische Anwendungen für Schwingkreise . . . 183

8. 3 . . . Radio Ga Ga . . . 186

8. 4 . . . Entspannungsübungen . . . 189

8. 5 . . . Lösungen . . . 190

9. Aus der Steckdose: Hoch- und Wechselspannung . . . 192

9. 1 . . . Wechselstrom . . . 193

9. 2 . . . Drehstrom . . . 198

9. 3 . . . Netzbrummen und andere Störungen . . . 199

9. 4 . . . AC/DC . . . 201

9. 5 . . . DC/AC . . . 203

9. 6 . . . Entspannungsübungen . . . 205

9. 7 . . . Lösungen . . . 205

10. In Bewegung: Motoren und Generatoren . . . 208

10. 1 . . . Motor ist nicht gleich Motor . . . 209

10. 2 . . . Drehstrommotoren . . . 220

10. 3 . . . Generatorprinzip . . . 223

10. 4 . . . Entspannungsübungen . . . 229

10. 5 . . . Lösungen . . . 229

11. An oder aus: Digitale Schaltkreise . . . 230

11. 1 . . . Boolesche Logik . . . 231

11. 2 . . . Logikbausteine . . . 234

11. 3 . . . Schaltungen mit Gattern & Co. . . . 238

11. 4 . . . Entspannungsübungen . . . 251

11. 5 . . . Lösungen . . . 251

12. Vom NAND zum Prozessor . . . 256

12. 1 . . . Aufbau eines Mikroprozessors . . . 257

12. 2 . . . Klein, aber oho: Raspberry Pi . . . 268

12. 3 . . . Hallo, ist da jemand? . . . 276

12. 4 . . . Entspannungsübungen . . . 286

12. 5 . . . Lösungen . . . 286

13. Klein, billig, überall drin: Mikrocontroller . . . 290

13. 1 . . . Über Mikrocontroller . . . 291

13. 2 . . . C mit dem Arduino . . . 301

13. 3 . . . Entspannungsübungen . . . 319

13. 4 . . . Lösungen . . . 319

14. Smart Home: Ein Profi-Projekt . . . 324

14. 1 . . . Anforderungen und Planung . . . 325

14. 2 . . . Schrittweise Entwicklung . . . 334

Index . . . 341