ITS - Elektrotechnik

Was ist die Elementarladung?

Elementarladung (e)

• kleinste elektrische Ladung in der Natur;

• Grundgröße aller elektrischen Vorgänge der Elektrotechnik;

• Ladung eines Elektrons (-) oder Protons (+)

Wert:

e = (-)1,602 · 10⁻¹⁹ C

Formel

Q = n * e
Q = Ladungsmenge (Ladung)
n = Anzahl der überschüssigen Ladungsträger
e = Ladung der Elementarladung

Einheit: [Q] = C (Coulomb)

Was ist elektrische Spannung?

Beschreibt den Antrieb für Elektronen, sich zu bewegen (Wie stark sich getrennte Ladungen anziehen).
Vergleich:
Spannung ≈ Druck in einer Wasserleitung;

• Hohe Spannung: viele Elektronen bewegen sich

• Niedrige Spannung: weniger Bewegungsdrang

Formel
U = W / Q
U = elektrische Spannung
W = Arbeit (in Joule)
Q = Ladungsmenge (Ladung)

Einheit: [U] = V (Volt)

Was ist elekrischer Strom?

Bewegung von Elektronen durch einen Leiter.

Voraussetzungen:

• Spannung liegt an

• geschlossener Stromkreis

Stromstärke:
Anzahl der Elektronen, die pro Zeit durch den Leiter fließen.

Formel
I = Q / t == (n * e) / t
I = Stromstärke
Q = Ladungsmenge (Ladung)
t = Zeit (in Sekunden)

Einheit: [I] = A (Ampére)

Was ist elektrische Leistung?

Beschreibt wie schnell elektrische Energie umgesetzt wird (Wie stark ein elektrisches Gerät arbeitet).

Formel
P = U * I
P = elektrische Leistung
U = elektrische Spannung
I = elektrischer Strom

Einheit: [P] = W

Was ist elektrische Arbeit?

Beschreibt wie viel elektrische Energie in einem bestimmten Zeitraum verbraucht wird.

Formel
W = P * t
W = elektrische Arbeit
P = elektrische Leistung
t = Zeit (in Sekunden oder Stunden)

Einheit: [W] = Wh

Was ist der ohmsche Widerstand und wie lautet das Ohmsche Gesetz?

Der ohmsche Widerstand (R) beschreibt, wie stark ein elektrisches Bauteil den Stromfluss hemmt.
→ Er bestimmt, wie leicht oder schwer Strom durch ein Material fließen kann.
Ohmsches Gesetz
R = U / I → Ohm (Ω)
R = Widerstand
U = Spannung
I = Strom
Merksatz: Großer Widerstand → Strom fließt schlechter

Was ist der Leitwert (G) und wie hängt er mit dem Widerstand zusammen?

Der Leitwert (G) beschreibt, wie gut ein Material elektrischen Strom leitet.
Er ist der Kehrwert des Widerstands.

Formel
G = 1 / R → Siemens (S)
G = Leitwert
R = Widerstand

Zusammenhang:

• Großer Leitwert → kleiner Widerstand → gute Leitfähigkeit

• Kleiner Leitwert → großer Widerstand → schlechte Leitfähigkeit

Was ist ein elektrisches Feld?

Unsichtbares Kraftfeld um elektrische Ladungen;
Übt Kräfte auf andere Ladungen aus, ohne Berührung
Eigenschaften:

• Gleiche Ladungen stoßen sich ab;

• Ungleiche Ladungen ziehen sich an

• Stärkere Ladung / geringerer Abstand → stärkeres Feld

Feldrichtung:

• Positive Ladung → Feld nach außen

• Negative Ladung → Feld nach innen

Wie kommt der Staub an den Bildschirm?

Monitor erzeugt beim Betrieb ein elektrisches Feld .
Oberfläche lädt sich elektrostatisch auf .
Geladene Staubpartikel aus der Luft werden angezogen → Staub bleibt am Bildschirm haften.

Was ist elektrostatische Entladung?

• Ladungsunterschiede zwischen zwei Objekte kann als kleiner Funke oder sichtbare Funkenentladung auftreten

• Für Menschen meist harmlos

• Kann empfindliche Elektronik beschädigen

Gefährdete Bauteile

• RAM

• Mainboards

• CPUs

• USB-Geräte / Peripherie

Schutzmaßnahmen

• Erdung (z. B. ESD-Armband)

• ESD-Schutzkleidung

• Feuchtigkeitskontrolle

• ESD-Schutzzonen

• ESD-gerechte Verpackung

Was ist eine USV und worin unterscheidet sie sich von einer AEV?

USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung)

System zur Absicherung empfindlicher elektrischer Geräte bei Stromausfällen oder Netzstörungen.

• arbeitet meist batteriegestützt

• reagiert sehr schnell

• wird für empfindliche Geräte genutzt

• überbrückt kurzzeitige Stromausfälle

AEV (Allgemeine Ersatzstromversorgung)

• versorgt Anlagen längerfristig

• nutzt meist Notstromaggregate

• meistens Generatoren

Vor welchen Netzproblemen schützt eine USV?

• Stromausfällen

• Unterspannungen (z. B. durch hohe Einschaltströme)

• Überspannungen (z. B. Blitz oder Abschaltung großer Lasten)

• Frequenzabweichungen (z. B. Probleme im Stromnetz)

• Oberwellen (Verzerrungen der Netzspannung durch elektronische Geräte)

Was ist eine VFI-USV?

Funktionsweise

• Netzspannung wird zuerst gleichgerichtet

• anschließend über einen Wechselrichter wieder in Wechselspannung umgewandelt

• Verbraucher werden immer über den Wechselrichter versorgt

Merkmale

• keine Umschaltzeit

• schützt vor Stromausfall

• schützt vor Unter- und Überspannung

• schützt vor Frequenzabweichungen

• schützt vor Oberwellen

Nachteile

• geringerer Wirkungsgrad

• teuer

Was ist eine VI-USV (Klasse 2)?

Funktionsweise

• Verbraucher werden im Normalbetrieb direkt vom Netz versorgt

• Batterie wird gleichzeitig geladen

• bei Stromausfall übernimmt Wechselrichter + Batterie

Merkmale

• Schutz vor Stromausfall

• Schutz vor Unter- und Überspannung

• Umschaltzeit: ca. 2–4 ms

• mittleres Preisniveau

Was ist eine VFD-USV (Klasse 3)?

Funktionsweise

• Verbraucher werden im Normalbetrieb direkt vom Stromnetz versorgt

• Batterie wird parallel geladen

• bei Stromausfall wird auf Batterie + Wechselrichter umgeschaltet

Merkmale

• Schutz hauptsächlich vor Stromausfall

• Umschaltzeit bis ca. 10 ms

• günstigste USV-Variante

Was ist Scheinleistung?

Die Scheinleistung beschreibt die gesamte elektrische Leistung, die vom Stromnetz bereitgestellt wird, unabhängig davon, ob sie tatsächlich genutzt wird.

Formel

S = U * I

Einheit: [S] = Voltampere (VA)

Umrechnung von Einheiten