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Strom

Gesetze der Elektrizität, Konzepte und Beschreibungen

Gesetze der Elektrizität, Konzepte und Beschreibungen

Elektrizität ist die Bewegung elektrischer Ladungen, die durch einen Leiter zirkulieren. Diese Bewegung erfolgt nach bestimmten physikalischen Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind in einer Reihe von Gesetzen und Theoremen zusammengefasst, die Wissenschaftler im Laufe der Geschichte entwickelt haben.

Die wichtigsten Gesetze und Theoreme der elektrischen Energie sind:

Coulomb-Gesetz

Das Coulombsche Gesetz besagt, dass die elektrische Kraft zweier geladener Objekte umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist. Das Coulombsche Gesetz besagt auch, dass diese Kraft direkt proportional zum Produkt der Ladungen ist.

Dieses Gesetz wurde erstmals 1785 vom Physiker Charles-Augustin de Coulomb eingeführt

Ampères Gesetz

Das Ampère-Gesetz wurde 1831 von dem Franzosen André-Marie Ampère entwickelt. Das Ampère-Gesetz bezieht ein statisches Magnetfeld auf die Ursache, die es verursacht. Später korrigierte James Clerk Maxwell es und es wurde Teil von Maxwells Gleichungen.

Das Ampèresche Gesetz besagt, dass die Zirkulation der Intensität des Magnetfelds in einer geschlossenen Kontur proportional zum elektrischen Strom ist, der in dieser Kontur fließt.

Ohm'sches Gesetz

Das Ohmsche Gesetz besagt, dass die Stärke des elektrischen Stroms, der von einem Leiter fließt, der zwei Punkte verbindet, direkt proportional zur Spannung zwischen den beiden Punkten und umgekehrt proportional zum elektrischen Widerstand des Leiters ist.

Das Ohmsche Gesetz gelingt es, das Verhalten fast aller elektrisch leitfähigen Materialien mit großer Genauigkeit zu beschreiben. Es gibt jedoch einige leitfähige Materialien, die diesem Gesetz nicht entsprechen. Diese werden als nicht-ohmsche leitfähige Materialien bezeichnet.

Das Gesetz verdankt seinen Namen dem deutschen Physiker George Ohm. 1827 beschrieb George Ohm die Ströme und Spannungen, die in einfachen Stromkreisen auftreten. Ihm zu Ehren wird der Widerstand in Ohm (ω) angegeben.

Faradaysches Gesetz

Das Faradaysche Gesetz der elektromagnetischen Induktion ist ein Grundgesetz des Elektromagnetismus mit:

  • ein Transformator

  • ein induktives Element

  • eine Vielzahl von Generatorbetrieb eng.

Das Gesetz besagt:

Die Größe der induzierten elektromotorischen Kraft in einem geschlossenen Kreis ist gleich der Änderungsrate des Magnetflusses durch den Kreis.

Dieses Gesetz wurde 1831 von Michael Faraday entdeckt. Joseph Henry entdeckte dieses Gesetz 1830 vor Faraday in einer unabhängigen Studie, veröffentlichte diese Entdeckung jedoch nicht. Daher wird dieses Gesetz als Faradaysches Gesetz bezeichnet.

Traditionell gibt es zwei Möglichkeiten, den magnetischen Fluss durch den Stromkreis zu ändern. Was die induzierte elektromotorische Kraft betrifft, ändert sich Ihr eigenes elektrisches Feld, wie z. B. die Änderung des Stroms, den das Feld erzeugt (wie ein Transformator). Was die elektromotorische Antriebskraft betrifft, so ändert sich die Bewegung des gesamten oder eines Teils des Kreises im Magnetfeld, wie bei einem Generator gleicher Polarität.

Kirchhoffs aktuelles Gesetz (Kirchhoffs erstes Gesetz):

Das Kirchhoffsche Stromgesetz gilt für einen Strom, der im stationären Zustand durch einen Knoten eines geschlossenen Stromkreises fließt.

Nach dem Kirchhoffschen Gesetz ist die algebraische Summe der Ströme, die in einen beliebigen Knoten eines Stromkreises eintreten (mit unterschiedlichem Vorzeichen, wenn sie ein- oder austreten) Null.

Kirchhoffs Spannungsgesetz (Zweites Kirchhoffsches Gesetz)

Im Allgemeinen besagt das Kirchhoffsche Spannungsgesetz, dass die algebraische Summe der Spannungsabfälle, die zwischen den Paaren von Punkten im Raum wirken, die eine geschlossene (orientierte) Folge bilden, gleich Null ist.

In der einfachsten Formulierung besagt das Gesetz, dass die algebraische Summe des elektrischen Potentials entlang einer geschlossenen Linie (mit dem entsprechenden Vorzeichen je nach Verschieberichtung des Netzes) gleich Null ist.

Theorem von Thévenin

Das Theorem von Thévenin bezieht sich auf jede lineare Schaltung mit nur Spannungs- und Stromquellen und Widerständen. Das Theorem besagt, dass, wenn die Punkte A und B verfügbar sind, dies einer einzelnen Spannungsquelle V und einem einzelnen Widerstand R in Reihe damit entspricht.

Der Satz von Bernard Thévenet ist die Aussage, dass jede Quelle in äquivalenter Weise durch eine ideale Spannungsquelle in Reihe und Innenwiderstand ersetzt werden kann.

Dieses Theorem ist eine duale Aussage des Nortonschen Theorems über den äquivalenten Ersatz einer beliebigen Schaltung durch eine ideale Stromquelle und einen parallel geschalteten Widerstand.

Mit anderen Worten, der Strom in einem beliebigen Widerstand Zn, der mit einer beliebigen Schaltung verbunden ist, ist gleich dem Strom in demselben Widerstand Zn, der mit einer idealen Spannungsquelle mit einer Spannung gleich der Leerlaufspannung der Schaltung verbunden ist. Außerdem hat er einen Innenwiderstand Zi gleich dem Gesamtwiderstand des "geschlossenen Teils" des Stromkreises. Dieser Widerstand wird durch die Zn-Anschlussseite bestimmt, vorausgesetzt, dass alle Quellen innerhalb der Schaltung durch Impedanzen ersetzt werden, die den Innenimpedanzen dieser Quellen entsprechen.

Satz von Norton

Auf dem Gebiet der elektrischen Schaltungen besagt das Norton-Theorem, dass jede noch so komplexe lineare Schaltung, von zwei Knoten A und B aus gesehen, einem realen Stromgenerator äquivalent ist, der aus einem idealen Stromgenerator parallel zu einer Lebensdauer besteht. Die Äquivalenz ist auf die Spannung und den Strom an den Knoten A und B begrenzt.

Der Satz von Norton ist eine Erweiterung des Satzes von Thévenin und wurde 1926 von zwei verschiedenen Personen gleichzeitig erhalten:

  • Hans Ferdinand Mayer (1895-1980), ein Hause-Siemens-Forscher

  • Edward Lawry Norton (1898-1983), ein Bell-Labor. Techniker.

Nur Mayer veröffentlichte seine Arbeit, aber Norton veröffentlichte seine Arbeit durch einen internen technischen Bericht der Bell Laboratories.

Überlagerungssatz

Das Überlagerungstheorem besagt, dass in einer linearen Schaltung mit mehr als einer unabhängigen Quelle die Wirkung aller Quellen auf eine Impedanz die Summe der Wirkungen jeder Quelle unabhängig ist, wobei andere Spannungsquellen durch einen Kurzschluss ersetzt werden und alle anderen Stromquellen ersetzt werden mit offenem Stromkreis.

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Erscheinungsdatum: 12. September 2021
Geändert am: 12. September 2021