Elektrotechnik 1 - mt-load

EMA 

1. Allgemeines 

1.1. Bedeutung der ET 

Labor für Elektrische Maschinen, 

Geräte und Anlagen 

der Hochschule Bremerhaven 

Prof. Dr.-Ing. G.Löffelmacher 

Elektrotechnik 1 

1.2. Physikalische Größen und Gleichungen 

- Messbare Merkmale ↔ nichtmessbare Merkmale 

- Messbare Merkmale sind beschreibbar durch „Physikalische Größen“ 

- Physikalische Größen (Einheiten): 

- Basisgrößen 

- Abgeleitete Größen 

- Proportionalitätsfaktoren (s. Konstanten) 

Basiseinheiten: 

Formelzeichen Bedeutung Einheit 

I elektrische Stromstärke A 

s Länge m 

m Masse kg 

t Zeit s 

T Temperatur K 

I Lichtstärke cd 

G Stoffmenge mol 

Schreibweise von Gleichungen 

Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 1 von 31 

{ Zahlenwert} 

[ Einheit] 

Physikalische Größe = 

⋅

Abgeleitete Größen : 

Formelzeichen Bedeutung Einheit 

W Energie J 

P Leistung W 

η Wirkungsgrad 

Q elektrische Ladung C 

e Elementarladung C 

φ elektrisches Potential V 

U elektrische Spannung V 

C elektrische Kapazität F 

T Periodendauer s 

τ Zeitkonstante s 

f Frequenz Hz 

ϖ Kreisfrequenz Hz 

L Induktivität H 

R elektrischer Widerstand Ω 

γ spezifischer Widerstand Ω . m 

G elektrischer Leitwert S 

γ spezifischer Leitwert S . m -1 

X Blindwiderstand Ω 

Z Scheinwiderstand Ω 

P Wirkleistung W 

Q Blindleistung Var 

S Scheinleistung VA 

φ Phasenverschiebungswinkel rad, ° 

Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 2 von 31

Das Griechische Alphabet: 

Zeichen Beschreibung Zeichen Beschreibung 

Α,α Alpha Β,β Beta 

Γ,γ Gamma ∆,δ Delta 

E,ε Epsilon Ζ,ζ Zeta 

H,η Eta Θ,θ Theta 

Ω,ω Omega Ι,ι Iota 

Κ,κ Kappa Λ,λ Lambda 

Μ,µ My Ν,ν Ny 

Ξ,ξ Xi Ο,ο Omicron 

Π,π Pi Ρ,ρ Rho 

Σ,σ Sigma Τ,τ Tau 

Υ,υ Upsilon φ,ϕ Phi 

Χ,x Chi Ψ,ψ Psi 

Vorsätze für dezimale Vielfache und Teile von Einheiten: 

Zehnerpotenz Abkürzung Bedeutung 

12 T Tera 

9 G Giga 

6 M Mega 

3 k Kilo 

2 h Hekto 

1 da Deka 

-1 d Dezi 

-2 c Zenti 

-3 m Milli 

-6 µ Mikro 

-9 n Nano 

-12 p Piko 

-15 f Femto 

-18 a Atto 


Konstanten: 

Formel- 

zeichen 

Größe Wert 

(z. T. gerundet) 

c Lichtgeschwindigkeit (Vakuum) 299 792 458 m/s 

e Elementarladung 1,602 · 10 −19 C 

g Normfallbeschleunigung 9,807 m/s 2 

h Plancksches Wirkungsquantum 6,626 · 10 −34 J s 

k Boltzmann-Konstante 1,381 · 10 −23 J/K 

m e0 

m p0 

ε 0 

µ 0 

Ruhemasse Elektron 9,109 · 10 −31 kg 

Ruhemasse Proton 1,673 · 10 −27 kg 

elektrische Feldkonstante 8,854 ·10 −12 F/m 

magnetische Feldkonstante 1,257 · 10 −6 H/m 

1.3. Wesen der Elektrizität 

1.3.1. Elektrische Energie 

1.3.2. Das Bohrsche Atommodell und die elektrische Ladung 

1.3.3. Bewegliche Ladungsträger 

- Elektronenstrom ↔ Ionenstrom 

- Leitfähigkeit 

- Leiter 

- Halbleiter 

- Nichtleiter 


1.4. Grundstromkreis 

- Erzeuger 

- Leiter 

- Verbraucher 

I 


A 

- Beschreibung der Vorgänge im Grundstromkreis: 

U 

V 

R 

Mengen- 

Messer 

Druckerzeuger: 

Pumpe 

Druckdifferenz- 

Messung 

Strömungswiderstand 

Verbraucher 

Die Spannung U treibt den Strom I durch den Widerstand R 

1.5. Der elektrische Strom I 

1.5.1. Die Stromstärke I 

- Voraussetzung für Stromfluss: 

- Konventionelle Stromrichtung: 

- Definition der Stromstärke (SI- Grundgröße) 1A:= 1 Ampere 

Stromstärke I: 

Ladung Q: = ∫ i( 

t) 

dt 

Zeitabhängige elektrische Größen werden kleingeschrieben! 

- Wirkungen des elektrischen Stromes 

- Wärme 

- Elektrolyse 

- Elektromagnetismus 

[ ] 

[ ] 

[ ] 

[ ] 

dq( 

t) 

C A ⋅ s 

i ( t) 

= [ A] 

= = (1C:= 1Coulomb) 

dt 

s s 

t 

2 

Q [ Q] = [ C] 

= [ A ⋅ s] 

t 

1

1.5.2. Die Stromdichte S 

Stromdichte S: 

S = 

- Bedeutung der Stromdichte: 


I 

A 

[ A ] 

2 [ mm ]

1.6. Die elektrische Spannung U 

- Herleitung der Proportionalität: ∆W ~ ∆Q 

- Proportionalitätsfaktor U 

- Definition der Spannung U: 

∆W 

U 

∆Q 

- Richtung der Spannung: 

- Normung: 

0V 

100V 380kV: DIN 40002 

- Potential 

1.7. Der elektrische Widerstand R 

= [ V ] 


= 

[ W ⋅ s] 

[ A ⋅s 

] 

1.7.1. R= f (Stoffeigenschaften, geometrischen Abmessungen) 

Widerstand R: 

Spezifischer Widerstand ρ: 

1.7.2. Der elektrische Leitwert G 

Leitwert G: 

Spezifischer Leitwert γ: 

G 

R 

1 

1 

γ = 

ρ 

1.7.3. Die Temperaturabhängigkeit 

l 

R = ρ 

A 

[ Ω ] 

1 

ρ = 

γ 

⎡Ω ⋅ mm ⎤ 

⎢ ⎥ 

⎣ m ⎦ 

2 

⎡ 1 ⎤ 

= ⎢ ⎥ 

⎣ Ω ⎦ 

Widerstand R= f(ϑ): R ( 1+ 

α ⋅ ∆ϑ) 

R = 20° 

C 

ϑ [ Ω ] 

Widerstand bei hohen Temperaturen (>80°C): 

R 

ϑ 

= R ° ( 1+ 

α ⋅ ∆ϑ 

+ β ⋅ 

20 C 

⎡ m 

⎢ 

⎣Ω 

⋅ mm 

2 

⎤ 

⎥ 

⎦ 

= 

[ A ⋅V 

⋅s 

] 

[ A ⋅s 

] 

R0:= Nennwiderstand bei ϑ= 20°C 

∆ϑ = ϑ - 20°C 

α := Temperaturkoeffizient bei 20°C 

2 ( ∆ϑ) 

)

Temperatureinfluss: 

- Heißleiter 

- Kaltleiter 

- Supraleitung 

Kenndaten: 

Spezifischer elektrischer Widerstand, elektrische Leitfähigkeit, Teperaturkoeffizient bei 

20°C und Dichte 

Werkstoff 

Spezifischer 

Widerstand 

Leitfähigkeit Temperatur 

-koeffizient 


Temperaturkoeffizient 

Dichte 

ρ in Ω·mm²/m γ in S·m/mm² α in 1/°C β in 1/°C 

ρ in 

kg/dm³ 

Metalle 

Silber 0,016 62,500 0,00377 0,00000070 10,5 

Kupfer 0,018 56,000 0,00390 0,00000060 8,9 

Aluminium 0,028 35,400 0,00380 0,00000130 2,7 

Wolfram 0,055 18,200 0,00410 0,00000100 19,1 

Zink 0,060 16,500 0,00370 0,00000200 7,1 

Legierungen 

CU Mn 2 Al (WM 13) 0,125 8,000 0,00480 - 8,9 

Messing (MS 63) 0,074 13,500 0,00150 - 8,6 

Konstantan (WM 50) 0,490 2,040 ±0,00002 - 8,5 

Sonstige Leiter 

Kohlenstifte 65,000 0,015 -0,0002 - ≈2 

Graphit 20…100 0,05…0,01 bis - ≈2 

Retortenkohle 100 0,01 0,0007 - ≈2 

1.8. Elektrische Energie und Leistung 

- Herleitung der elektrischen Arbeit 

Arbeit W: W U ⋅ I ⋅ t 

= [ J ] = [ V ⋅ A⋅ 

s] 

= [ W ⋅ s] 

6 

1kW 

= 3, 

6⋅10 

J 

1cal 

= 4, 

1868 

1kpm 

= 9, 

81J 

1PS 

= 736W 

Leistung P: P U ⋅ I 

- Beispiele für Leistungsgrößen: 

Wirkungsgrad η: 

J 

= [ W ] = [ V ⋅ A] 

P P − P 

= = 

P P 

ab zu V 

η s. Kapitel 6.4 

zu 

zu

2. Berechnung von Strömen und Spannungen in elektrischen Netzen 

2.1. Die Grundgesetze 

2.1.1. Das Ohmsche Gesetz 

- Kennlinie: 

U 

R = [ Ω ] = 

I 


[ V ] 

[ A] 

- Ohmsche Widerstände ↔ nichtohmsche Widerstände 

- Differentieller Widerstand r: 

∆U 

r = 

∆I 

2.1.2. 1. Kirchhoffscher Satz (1.KS) 

Σ Izu = Σ Iab 

2.1.3. 2. Kirchhoffscher Satz (2.KS) 

Σ UQuelle = Σ UVerbraucher 

2.2. Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen 

2.2.1. Reihenschaltung von Widerständen 

Gesamtwiderstand: Rges 

= ∑ 

= 

n 

i 1 

Strom: I = I = I = ... 

Gesamtspannung: U ges = ∑ U 

= 

2.2.2. Spannungsteiler 

U 

U 

1 

n 

i 1 

- unbelasteter Spannungsteiler 

- belasteter Spannungsteiler 

- Potentiometerschaltung 

1 

2 

R 

2 

i 

i 

I 

R1 

U1 

R2 

Uges 

U2 

R1 

= = . . . . s. Bild zu Kapitel 2.2.1. 

R2 

R3 

U3

2.2.3. Parallelschaltung von Widerständen 

n 1 

Gesamtwiderstand: = ∑ 

= 

zwei parallele Widerstände: 

n gleiche Widerstände: 

Rges i 1 Ri 

R ges 

R 

Rges = 

n 

Gesamtstrom: I ges = ∑ 

= 


1 

1 

R1 

⋅ R2 

= 

R + R 

n 

i 1 

Spannung: U = U = U = ... 

2.2.4. Stromteiler 

2.2.5. Zusammengesetzte Schaltungen 

- Beispiele: s. Vorlesung 

Beispiel a) 

A 

2 

1 

B 

3 

Rges = 1,5 . R 

Beispiel b) 

A 

1 

2 

B 

3 

Rges = 0,67 . R 

- Y / ∆ - Umwandlung 

I 

I 

1 

2 

1 

I 

i 

2 

2 

Iges 

I1 

I2 

I3 

U 

R1 

G1 

= = . . . . s. Bild zu Kapitel 2.2.3. 

G2 

Beispiel c) 

A 

1 

2 

5 

B 

3 

7 

Rges = 1,47 . R 

6 9 

8 

Beispiel d) 

A 

R 

R 

1 3 4 7 

2 

3 

5 

2 6 

Rges = 1,73 . R

2.3. Berechnung von Strömen und Spannungen in linearen Netzen 

2.3.1. Anwendung der Grundgesetze 

- Begriffe: 

- Knoten werden durch Knotenpunktgleichungen (1.KS) beschrieben 

- Zweige werden durch Maschengleichungen (2.KS) beschrieben 

Beispiel für eine 

Knotengleichung: 

I 3 

I 1 

I + I2 

+ I3 

−I4 

I 

4 

1 = 

I 2 

0 


Beispiel für eine Maschengleichung: 

U a 

U 

6 

I 

I 

1 

R6 

7 

I 

8 

U 

1 

R1 

U 5 

R5 

I 

Umlauf 

I 

6 

U 

2 

2 3 

R2 

U 4 

− U + Ub 

−U3 

+ U4 

+ U5 

+ U6 

−Ua 

−U1 

R4 

2 = 

Für ein Netz mit n Knoten können (n-1) linear unabhängige Knotenpunktgleichungen 

aufgestellt werden. 

Für ein Netz mit k Zweigen und n Knoten können (k - (n -1)) linear unabhängige 

Maschengleichungen aufgestellt werden. 

- Lösungsschema zur Berechnung linearer Netze: 

- Schaltplan vereinfachen 

- Spannungspfeile für Quellen einzeichnen 

- Strompfeile einzeichnen 

- (n-1) Knotenpunktgleichungen aufstellen 

- (k - (n -1)) Maschengleichungen aufstellen 

- EDV- gestützte Berechnungsverfahren: 

2.3.2. Anwendung des Maschenstromverfahrens 

R3 

I 

0 

4 

I 

U 3 

I 

5 

U b

3. Der Widerstand als elektrisches Bauelement 

3.1. Kennzeichnung 

- Nennwert und Toleranz von Widerständen 

- Verlustleistung von Widerständen 

IEC- Normzahlenreihen: 


Farbcodierung von Widerständen: 

Farbe zählende Ziffer Multiplikator Toleranz in % 

schwarz 0 10 0 — 

braun 1 10 1 ± 1 

rot 2 10 2 ± 2 

orange 3 10 3 — 

gelb 4 10 4 — 

grün 5 10 5 ± 0,5 

blau 6 10 6 ± 0,25 

violett 7 10 7 ± 0,1 

grau 8 10 8 — 

weiss 9 10 9 — 

gold — 10 -1 ± 5 

silber — 10 -2 ± 10 

keine — — ± 20 

- Belastbarkeit von Widerständen 

ϑO 

− ϑ 

P = 

Rϑ 

- Überlastung: 6,25 . PNenn für t > 5s 

- PNenn = f(Baugröße) 

s.a. Kapitel 3.2 


U 

Beispiel: 

R = 470 Ω ± 5% 

ϑo := Oberflächentemperatur 

ϑU := Umgebungstemperatur 

Rϑ := Wärmewiderstand

3.2. Bauformen von Festwiderständen 

- Drahtwiderstände 

- Kohleschichtwiderstände 

- Metallschichtwiderstände 

- Metalloxidwiderstände 

Baugröße von Festwiderständen: 

Bauformen von einstellbaren Widerständen 

- Potentiometer 

- Trimmer 

- Widerstandscharakteristik 

- Bauformen (s. Labor) 

3.3. Nichtlineare Widerstände 

- Einsatzbereiche 

- Elektronik 

- Sensortechnik 

- Heißleiter (NTC-Widerstände) 

- Kaltleiter (PTC-Widerstände) 

- Spannungsabhängige Widerstände (VDR- Widerstände) 

- Dehnmessstreifen (DMS) 

- s. weiterführende Vorlesungen: Messtechnik 


4. Spannung-, Strom- und Widerstandsmessung 

4.1. Analoge Messwerke 

- Prinzip: Messen geschieht durch Vergleichen 

- Verglichen wird: 

Drehmoment hervorgerufen durch Messstrom I und Gegenmoment hervorgerufen 

durch Spiralfeder 

- Notwendigkeit von Dämpfungseinrichtungen 

- Allgemeiner mechanischer Aufbau: 

- Verschiedenartige Messwerke 

Drehspulmesswerk 

- Eigenschaften 



Dreheisenmesswerk 


- Einsatzbereiche

elektrodynamisches Messwerk 

(Produktenmesser) 



- 

Vibrationsmesswerk (Frequenzmesser) 




Kreuzspulmesswerk (Quotientenmesser) 



Leistungsfaktormesswerk 

(cos ϕ - Messer) 


- Einsatzbereiche

Induktionszähler (Wh- Zähler) 



4.2. Messfehler, Genauigkeitsklassen DIN VDE 0410 

- Messfehler F: 


F= Aa –Aw Aa : = angezeigter Wert 

Aw : = wahrer Wert 

- Zulässiger Anzeigefehler f (Genauigkeitsklasse): 

Aa 

− A 

f = 

AEnd 

w 

⋅100% 

- Beispiel: USE= 250V Klasse = 1 Uangezeigt = 150V 

Ergebnis: 147,5V < Uwahr < 152,5V 

4.3. Empfindlichkeit, Eigenverbrauch und innerer Widerstand

4.4. Kennzeichnung von Messwerken 

- Skalenbeschriftungen von Messwerken nach DIN 43802 

- Skalen von Messwerken nach DIN 43802 

Schalttafelinstrumente Feinmessinstrumente 


- Ursache der Paralaxe - Nullpunkteinstellung 

4.5. Messbereichserweiterung 

4.5.1. Strombereichserweiterung (s.a. Labor) 

I 

I M 

IN R N 

UM 


R 

N 

RM 

⋅I 

= 

I −I 

4.5.2. Spannungsbereichserweiterung (s.a. Labor) 

I 

R V 

U RV 

U 

M 

U 

4.6. Widerstandsmessung 

I 

U Bat. 

R 

V 

R X 

Rangezeigt 

M 

M 

U − U 

R ⋅ 

U 

V = 

M 

RM 

M 

R 

V 

U 

= 

Bat. 

−U 

IM 

M 

UM:= max. Messwerkspannung 

IM:= max. Messwerkstrom 

RM:= Messwerkwiderstand 

RN:= Nebenwiderstand (Shunt) 

RV:= Vorwiderstand 

UBat.:= Batteriespannung 

RX:= Messwiderstand

4.6.1. Spannungsrichtige Messung (s.a. Labor) 

4.6.2. Stromrichtige Messung (s.a. Labor) 

4.6.3. Ohmmeterschaltung (s.a. Labor) 

4.6.4. Vielfachmessgerät (s.a. Labor) 

4.7. Messverfahren 

4.7.1. Wheatestonesche Messbrücke (s.a. Labor) 

RN RX 

R1 R2 

R 

R ⋅ 

R 

X = 

2 

1 

RN 

4.7.2. Kompensationsverfahren (s.a. Labor) 

U X 

UMess 

R 

R ⋅ 

R 

X = 

2 

1 

RN 

4.7.3. Innenwiderstandsmessung (s.a. Labor) 

U 0 

R i 

I 

RL 

R 

Last 

M 

UVergleich 

R i = 


U 

I 

M 

RL 

RN, R1, R2:= Brückenwiderstände 

RX:= unbekannter Widerstand

5. Spannungsquellen 

5.1. Arten der Spannungserzeugung 

5.1.1. Thermoelektrizität 

Thermospannungen in mV (Mittelwerte gegen Platin bei 100 K Temperaturunterschied): 

Metall Thermospannungen Metall Thermospannungen 

Wismut 

Konstantan 

Nickel 

Palladium 

Quecksilber 

Platin 

Graphit 

Aluminium 

Magnesium 

Zinn 

Tantal 

Indium 

Gold 

5.1.2. Photoelektrizität 

5.1.3. Piezoelektrizität 

-7,1 

-3,26 

-1,57 

-0,28 

-0,20 

0 

+0,22 

+0,39 

+0,42 

+0,42 

+ 0,425 

+0,67 

+0,68 

5.1.4. Berührungselektrizität 

5.1.5. Elektrizitätserzeugung 

- Influenz 

- Magnetische Induktion (s. Kapitel 9) 

- Chemische Umsetzung (s. Kapitel 7) 


Zink 

Manganin 

Silber 

Kupfer 

Wolfram 

V2A-Stahl 

Kadmium 

Molybdän 

Eisen 

Chromnickel 

Antimon 

Silizium 

Tellur 

+0,69 

+0,70 

+0,73 

+0,75 

+0,77 

+0,77 

+0,89 

+ 1,24 

+1,88 

+ 2,20 

+4,78 

+44,80 

+50,00

5.2. Verhalten von Spannungsquellen 

- Bestimmung des Betriebsverhaltens (Generatorkennlinie) 

5.2.1. Spannungsquellenersatzschaltbild (ESB) 

U 0 

R i 

U 

I 

K 


R 

Last 

aussagefähigeres 

ESB: 

Klemmenspannung UK: U K U − I ⋅ Ri 

= 0 [ V ] 

Leerlaufspannung U0: U K = U 0 

[ V ] 

Kurzschlussstrom IK: 

I 

K 

U 

0 

= [ A ] 

R 

i 

U K 

U0 

0 

0 

Leerlauf 

I 

IK 

Kurzschluss 

- Bestimmung des Arbeitspunktes aus Generator- und Verbraucherkennlinie 

- Messtechnische Bestimmung des Arbeitspunktes 

5.2.2. Stromquellenersatzschaltbild (ESB) 

I I I 

K i 

R U R 

5.2.3. Leistungsanpassung 

i 

k 

Last 

U K 

U0 

0 

0 

5.2.4. Schaltungen von Spannungserzeugern 

- Reihenschaltung 

- Parallelschaltung 

Leerlauf 

I 

IK 

Kurzschluss

6. Wirkung des elektrischen Stromes, Energieumwandlung 

6.1. Wärmewirkung 

- Joulesches Gesetz: 

1 

= ∫ u ⋅ i ⋅ dt = Q ⋅U 

2 


W 

el. 

- Technische Anwendungen: 

- Thermische Energiegleichung: 

Wärmeenergien W: 

t 

0 

W = m ⋅cW 

⋅ ∆ϑ 

6.2. Chemische Wirkung (s.a. Kap.7) 

6.3. Magnetische Wirkung (s.a. Kap.9) 

6.4. Wirkungsgrad η 

- Arbeitswirkungsgrad ηW: 

W zu 

W Verl. 

W 

ab 

η 

W 

W ab Wzu 

− WVerl. 

= 

W 

- Leistungswirkungsgrad ηP: 

zu 

zu 

= 

W 

zu 

zu 

Pab Pzu 

− PV 

η P = = 

P P 

m:= Masse [ kg ] 

⎡ kWs ⎤ 

cw:= spezifische Wärme ⎢ ⎥ 

⎣kg 

⋅K ⎦ 

K 

∆ϑ:= Temperaturdifferenz [ ] 

Wzu := zugeführte Energie [ Ws ] 

WVerl.:= Verlustenergie [ Ws ] 

Wab := Nutzenergie [ Ws ] 

- Wirkungsgrad = f(Ri und RLast): Leistungsanpassung (s.a. Kapitel 5.2.1.) 

- Wirkungsgrade technischer Geräte:

7. Elektrochemische Vorgänge 

7.1. Elektrolyse 

- Leiter 1.Klasse ↔ Leiter 2.Klasse 

- Chemischer Prozess in Leitern 2.Klasse: Elektrolyse 

- Ursache der Elektrolyse: Dissoziation 

- Beispiele für die Dissoziation 

- Technische Anwendung der Elektrolyse 

7.2. Faradaysches Gesetz 

m = c ⋅I 

⋅t 

− 

10 kg M 

c = ⋅ ⋅ 

0, 

965 A ⋅s 

w 

8 


m := umgesetzte Stoffmenge [ kg ] 

c := el.-chem.Äquivalent 

M := Molekulargewicht 

w := Wertigkeit 

Element Abkürzung Molekulargewicht Wertigkeit 

Wasserstoff H+ 1,008 1 

Natrium Na+ 23,00 1 

Aluminium Al+++ 26,97 3 

Chrom Cr 52,01 3 

Eisen Fe++ 55,84 2 

Eisen Fe++ 55,84 3 

Nickel Ni++ 58,69 2 

Nickel Ni+++ 58,69 3 

Kupfer Cu+ 63,57 1 

Kupfer Cu++ 63,57 2 

Silber Ag+ 107,9 1 

Zink Zn++ 65,38 2 

Kadmium Cd++ 112,4 2 

Gold Au+++ 197,1 3 

Quecksilber Hg+ 200,6 1 

Quecksilber Hg++ 200,6 2 

Blei Pb++ 207,2 2 

Hydroxyl OH- 17,01 1 

Sauerstoff 0-- 16,00 2 

Chlor Cl- 35,46 1 

Nitrat NO3- 62,01 1 

Sulfat SO4-- 96,06 2 

Bleisuperoxyd PbO2-- 239,2 2 

7.3. Widerstand des Elektrolyten 

- Vergleich zu Leitern 1.Klasse 

- R= f(Konzentration) 

- Temperaturkoeffizient

7.4. Polarisation 

2 

U ⋅I 

= I ⋅R 

+ P 

P = U ⋅I 

P P 

7.5. Elektrochemische Spannungserzeugung 

7.5.1. Elektrodenpotential 


P 

U ⋅ I := zugeführte elektrische Leistung 

2 

I ⋅R 

:= Wärmeleistung 

P P := Polarisationsleistung 

U P := Polarisationsspannung 

- Elektrodenpotential = f(Material, Elektrolyt, Konzentration, Temperator) 

- Elektrodenpotential ≠ f(Eintauchtiefe) 

- 

7.5.2. Elektrochemische Spannungsreihe 

Normalpotentiale gegen Wasserstoff als Vergleichselektrode bei 18°C in 1-molarer 

Salzlösung gemessen: 

Element ∆U [ V ] 

Lithium -2,96 

Kalium -2,92 

Natrium -2,71 

Magnesium -1,87 

Aluminium -1,66 

Zink -0,76 

Chrom -0,74 

Eisen -0,44 

Kadmium -0,41 

Indium -0,35 

Nickel - 0.25 

Zinn -0,14 

Blei -0,13 

Wasserstoff 0 

Antimon + 0,2 

Wismut +0,23 

Kupfer +0,340 

Sauerstoff +0,393 

Kohlenstoff +0,74 

Quecksilber +0,78 

Silber +0,80 

Platin +1,20 

Gold +1,50

7.5.3. Primärelemente 

Bauformen von Primärzellen des Systems „Zink-Braunstein“ nach DIN 40855 

Rundzelle Flachzelle (Blockbatterie) Knopfzelle 

Spannungs- Strom- Kennlinie (Belastungskennlinie) Entladekennlinie 

Vergleich verschiedener Systeme 

Energiedichte Entladungskennlinien (qualitativ) 

Quelle: E.Böhmer, Elemente der angewandten Elektronik, Verlag Vieweg 


7.5.4. Sekundärelemente 

Bauformen von Sekundärzellen nach DIN 40729: 

Gebräuchlichste Akkusysteme: 


Bleibatterien NiCd- Batterien 

**) gültig für 20°C. Die Selbstentladung steigt erheblich mit der Temperatur. Batterien daher kühl lagern! 

Bei Batterien im ,,Bereitschafts-Parallelbetrieb", die ständig mit dem Ladegerät verbunden sind, führt man nach dem Laden zum 

Ausgleich der Selbstentladung noch eine ,,Erhaltungsladung" durch. Zumindest bei NiCd- und NiMH-Akkus sollte dies in gepulster 

Form geschehen, da ein kontinuierlicher Ladestrom über längere Zeit zu Kapazitätsminderung führt. 

***) Ladeschlussspannung ULS und Entladeschlussspannung UES sind Grenzwerte, siehe Herstellerangaben. 

Seit 1990 stellen auch einige Firmen Alkali-Mangan-Zellen (,,Alkaline") als Sekundärzellen 

her. Diese sind kompatibel zu den herkömmlichen Primärzellen mit 1,5 V Nennspannung, 

tiefentladefest bis 0,8 V und haben nur eine Selbstentladungsrate von 3%/ Jahr. 

Lade- und Entladezyklus von Pb- und NICd- Akkus: 

Quelle: E.Böhmer, Elemente der angewandten Elektronik, Verlag Vieweg

Kennwerte: 

- Kapazität [ Ah ] = f(Material, Plattengröße, IEntlade) 

- Wirkungsgrad: ηWh ↔ ηAh 

- Ladestrom 

- Innenwiderstand 

- Verlauf der Lade- und Entladespannungskurve (beim Bleiakku) 

- Vor- und Nachteile: Bleiakkus ↔ Stahlakku 

- Wartungs- und Betriebsvorschriften 

- Ladeeinrichtungen 

7.5.5 Brennstoffzelle 

Quelle: E.Hering, Grundwissen des Ingenieurs, Fachbuchverlag Leipzig 






7.5.6. Elektrochemische Korrosion 

Ursache: 

- Beispiele 

- Abhilfe: 

elektrochemischer 

Korrosionsschutz: 

Opferanode 


elektrischer Korrosionsschutz:

Elektrotechnik 1 - mt-load

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