Rheinwerk Verlag GmbH Ingenieurwissenschaft-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