Grundlagen der Elektrotechnik (GET)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Fundamentals of Electrical Engineering)
Modulverantwortliche/r: Ralf Müller
Lehrende:
Ralf Müller
| Startsemester: |
SS 2022 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (SS) |
| Präsenzzeit: |
60 Std. | Eigenstudium: |
90 Std. | Sprache: |
Deutsch und Englisch |
Lehrveranstaltungen:
Empfohlene Voraussetzungen:
Die Studierenden nutzen Methoden der Vektoranalysis und verwenden kartesische Koordinaten, Zylinder- und Polarkoordinaten. Sie lösen lineare Gleichungssysteme und rechnen mit komplexen Zahlen. Sie verwenden die trigonometrischen Formeln und lösen lineare gewöhnliche Differentialgleichungen mit konstanten Koeffizienten in Ausgleichsvorgängen. Die Studierenden kennen und verstehen physikalische Grundbegriffe, insbesondere Größen und Größengleichungen.
Inhalt:
- Elektrostatisches Feld
Stationäres elektrisches Strömungsfeld
Gleichstromnetzwerke
Stationäres Magnetfeld
Zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld
Zeitlich periodische Vorgänge
Ausgleichsvorgänge
Halbleiterbauelemente und ausgewählte Grundschaltungen
Lernziele und Kompetenzen:
Die Studierenden erläutern die Grundkonzepte von elektrische Ladung und Ladungsverteilungen. Sie nutzen das Coulomb’sche Gesetz und analysieren die elektrische Feldstärke, berechnen das elektrostatisches Potential und die elektrische Spannung. Sie bestimmen die elektrische Flussdichte und wenden das Gauß’sche Gesetz an.
Die Studierenden beschreiben Randbedingungen der Feldgrößen und bestimmen den Einfluss von Materie im elektrostatischen Feld. Sie bestimmen die relevanten Größen an Kondensator und Kapazität und ermitteln den Energiegehalt des elektrischen Feldes.
Die Studierenden erläutern die Begriffe Strom und Stromdichte, sie verwenden das Ohm’sche Gesetz und erläutern das Verhalten an Grenzflächen. Sie ermitteln Energie und Leistung.
Die Studierenden erläutern die Rolle von Spannungs- und Stromquellen in Gleichstromnetze. Mit Hilfe der Kirchhoff’sche Gleichungen analysieren sie einfache Widerstandsnetzwerke, die Wechselwirkung zwischen Quelle und Verbraucher und allgemeine Netzwerke.
Die Studierenden erklären die Begriffe Magnetfeld und Magnete. Sie berechnen die im Magnetfeld auf bewegte Ladungen wirkenden Kräfte und die magnetische Feldstärke durch Nutzung des Durchflutungsgesetzes.
Die Studierenden erläutern die magnetischen Eigenschaften der Materie und das Verhalten der Feldgrößen an Grenzflächen. Sie ermitteln die Induktivität.
Die Studierenden nutzen das Induktionsgesetz, bestimmen die Selbstinduktion, analysieren einfache Induktivitätsnetzwerke und ermitteln die Gegeninduktivität. Sie analysieren den Energieinhalt des magnetischen Feldes, wenden die Prinzipien der Bewegungsinduktion (Generatorprinzip) und der Ruheinduktion (Übertrager) an.
Die Studierenden erläutern die Beziehungen zeitlich veränderlicher Ströme und Spannungen. Sie verwenden Methoden der komplexen Wechselstromrechnung um Wechselspannungen und Wechselströme zu ermitteln. Sie ermitteln und analysieren die Übertragungsfunktionen linearer zeitinvarianter Systeme. Sie analysieren Leistung und Energie in Wechselspannungsnetzen.
Die Studierenden analysieren lineare, zeitinvariante Systeme sowie Signale in Zeit- und Frequenzbereich (Fourieranalyse). Dazu bestimmen und analysieren sie die Eigenfunktionen von LTI-Systemen und deren Übertragungsfunktionen und untersuchen Schaltungen aus LTI-Systemen.
Die Studierenden erläutern die Grundlagen von Ausgleichsvorgängen in einfachen Netzwerken und berechnen diese bei der R-L-Reihenschaltung. Sie erläutern divergierende Fälle und untersuchen Netzwerke mit einem Energiespeicher mit Hilfe einer vereinfachten Analyse.
Die Studierenden erläutern den Ladungstransport in Halbleitern und analysieren den pn-Übergang. Sie ermitteln Ströme und Spannungen bei den folgenden Halbleiterbauelementen: Halbleiterdiode, Z-Diode, Bipolartransistor, Feldeffekttransistor Thyristor, IG-Bipolar-Transistor.
Die Studierenden wenden alle eingeführten Inhalte an, um selbständig einfache und dabei dennoch möglichst praxisnahe kleine Probleme systematisch zu lösen. Sie kontrollieren dabei selbst ihren Lernfortschritt und besprechen Fragen mit einem Tutoren, woraus sich Fachgespräche entwickeln, wie sie die ähnlich später in Verhandlungen und bei der Produktentwicklung mit Fachingenieurinnen und Fachingenieuren aus Elektro- und Informationstechnik führen müssen, sowie im interdisziplinären Dialog mit Elektro- und Informationstechnikern und Physikern.
Die Studierenden erkennen die Vorzüge einer regelmäßigen Nachbereitung und Vertiefung des Stoffes, da sie in diesem Modul ein für ihr Fachstudium fremdes Gebiet kennenlernen mit einer teilweise anderen mathematischen und physikalischen Herangehensweise. Sie zeigen eine hohe Arbeitsdisziplin, Freude am Entdecken von Neuem, aber auch eine gewisse Belastbarkeit und Leistungsbereitschaft.
Literatur:
- Manuskript zur Vorlesung
ALBACH, M.: Elektrotechnik, 1. Auflage, Pearson-Studium, München, 2011.
ALBACH, M., FISCHER, J.: Übungsbuch Elektrotechnik, 1. Auflage, Pearson-Studium, München, 2012.
FROHNE, H. et al.: Moeller Grundlagen der Elektrotechnik, 22., verbesserte Auflage, Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden, 2011.
SPECOVIUS, J.: Grundkurs Leistungselektronik: Bauelemente, Schaltungen und Systeme , 4. Auflage, Vieweg+Teubner, Wiesbaden, 2010.
Organisatorisches:
Die Vorlesung wird im Sommer 2022 auf Englisch angeboten. Es stehen Aufzeichnungen deutscher Vorlesungen zur Verfügung. Der Zugang dazu erfolgt über StudOn.
Die Übungen und Tutorien werden in beiden Sprachen angeboten.
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Bachelor of Science): 2. Semester
(Po-Vers. 2011 | TechFak | Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Grundlagen der Elektrotechnik)
- Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Wahlpflichtmodul | Grundlagen der Elektrotechnik)
- Chemie- und Bioingenieurwesen (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemie- und Bioingenieurwesen (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Wahlpflichtmodul 2 | Grundlagen der Elektrotechnik)
- Chemie- und Bioingenieurwesen (Master of Science): ab 1. Semester
(Po-Vers. 2008 | TechFak | Chemie- und Bioingenieurwesen (Master of Science) | Ergänzungsmodule | Grundlagen der Elektrotechnik)
- Chemie- und Bioingenieurwesen (Master of Science): ab 1. Semester
(Po-Vers. 2008 | TechFak | Chemie- und Bioingenieurwesen (Master of Science) | 1.-3. Wahlpflichtmodul (ohne Praktikum) | 1.-3. Wahlpflichtmodul | Grundlagen der Elektrotechnik)
- Chemie- und Bioingenieurwesen (Master of Science)
(Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemie- und Bioingenieurwesen (Master of Science) | Gesamtkonto | 1.-2. Wahlpflichtmodul (ohne Praktikum) | Grundlagen der Elektrotechnik)
- International Production Engineering and Management (Bachelor of Science): 2. Semester
(Po-Vers. 2010 | TechFak | International Production Engineering and Management (Bachelor of Science) | International Production Engineering and Management (Studienbeginn bis 31.03.2020) | Gesamtkonto | weitere Grundlagenmodule | Grundlagen der Elektrotechnik)
- International Production Engineering and Management (Bachelor of Science): 4. Semester
(Po-Vers. 2011 | TechFak | International Production Engineering and Management (Bachelor of Science) | International Production Engineering and Management (Studienbeginn bis 31.03.2020) | Gesamtkonto | weitere Grundlagenmodule | Grundlagen der Elektrotechnik)
- International Production Engineering and Management (Bachelor of Science): 3. Semester
(Po-Vers. 2020s | TechFak | International Production Engineering and Management (Bachelor of Science) | International Production Engineering and Management (Studienbeginn SS 2020) | Gesamtkonto | Grundlagen der Elektrotechnik)
- International Production Engineering and Management (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2020w | TechFak | International Production Engineering and Management (Bachelor of Science) | International Production Engineering and Management (Studienbeginn WS 2020/21) | Gesamtkonto | Grundlagen der Elektrotechnik)
- Internationales Projektmanagement Großanlagenbau/International Project Management in Systems Engineering (Master of Science)
(Po-Vers. 2013 | TechFak | Internationales Projektmanagement Großanlagenbau/International Project Management in Systems Engineering (Master of Science) | Masterprüfung | Anlagenkomponenten | Grundlagen der Elektrotechnik)
- Internationales Projektmanagement Großanlagenbau/International Project Management in Systems Engineering (Master of Science)
(Po-Vers. 2016w | TechFak | Internationales Projektmanagement Großanlagenbau/International Project Management in Systems Engineering (Master of Science) | Masterprüfung | Anlagenkomponenten | Grundlagen der Elektrotechnik)
- Maschinenbau (Bachelor of Science): 4. Semester
(Po-Vers. 2009s | TechFak | Maschinenbau (Bachelor of Science) | Maschinenbau | Gesamtkonto | Pflichtmodule | Grundlagen der Elektrotechnik)
- Maschinenbau (Bachelor of Science): 3. Semester
(Po-Vers. 2009w | TechFak | Maschinenbau (Bachelor of Science) | Maschinenbau | Gesamtkonto | Pflichtmodule | Grundlagen der Elektrotechnik)
Studien-/Prüfungsleistungen: