Elektrotechnik.und.Elektronik.pdf

Rudolf Busch

Elektrotechnik und Elektronik

für Maschinenbauer und Verfahrenstechniker

Rudolf Busch

Elektrotechnik

und Elektronik

für Maschinenbauer

und Verfahrenstechniker

4., korrigierte und aktualisierte Auflage

Mit 463 Abbildungen und 132 Aufgaben mit Lösungen

Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek

Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;

detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.ddb.de> abrufbar.

Prof. Dr.-Ing. Rudolf Busch lehrte an der Universität Essen und leitete das Fachgebiet Elektrotechnik.

1. Aufl. 1994

2: Aufl. 1996

3. Aufl. 2003

4., korrigierte und aktualisierte Auflage Februar 2006

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Druck und buchbinderische Verarbeitung: Strauss Offsetdruck, Mörlenbach

Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.

Printed in Germany

ISBN 3-8351-0022-X

Wenn Du ein Schiff bauen willst,

dann trommle nicht Männer zusammen,

um Holz zu beschaffen,

Aufträge zu vergeben

oder Arbeit zu verteilen,

sondern lehre sie die Sehnsucht

nach dem weiten, endlosen Meer.

Antoine de Saint - Exupéry

Vorwort

Das vorliegende Buch ist aus Vorlesungen entstanden, die ich über viele Jahre hinweg für Studie-

rende der Ingenieurwissenschaften in nichtelektrotechnischen Studienrichtungen an der Techni-

schen Universität „Otto von Guericke“ Magdeburg gehalten habe und seit 1991 an der Universität

GH Essen durchführe.

Es gehört zu den wichtigen Erfahrungen meiner Lehrtätigkeit, dass es den Lernenden, die keinen

elektrotechnischen Beruf ausüben oder ausüben wollen, sich jedoch mit Elektrotechnik und

Elektronik befassen müssen, häufig sehr schwerfällt, sich in der Gedankenwelt der Elektrizitäts-

lehre zurechtzufinden. Allzu oft treten dann Misserfolg und Resignation ein und die Studierenden

sind froh, wenn endlich die Elektrotechnikprüfung abgelegt und dieses Fach „überstanden“ ist.

Von dem vermittelten Stoff bleiben bei ihnen oft nur einige wenige Begriffe oder diffuse Vorstel-

lungen im Gedächtnis, mit denen sie in ihrer Ingenieurpraxis wenig anzufangen wissen.

Nach meiner Überzeugung kann man dem entgegenwirken, wenn das in so genannten „Nebenfä-

chern“ oft praktizierte „black-box-Denken“ verlassen und mehr danach gefragt wird, was sich in

der „box“ verbirgt, welche grundlegenden physikalischen Zusammenhänge dort existieren, d.h.,

wenn man sich darum bemüht, die Erscheinungen wirklich zu verstehen. Denn nur mit dem, was

man begriffen hat, kann man erfolgreich arbeiten, beispielsweise weitergehende Studien durch-

führen oder Schlussfolgerungen für das eigene Fachgebiet ziehen. Allein auf der Basis soliden

Grundlagenwissens wird man ein guter Spezialist in der Praxis. Es gibt für mich keinen erkennba-

ren Grund, hier das „Nebenfach“ (ich gebrauche dieses Wort ungern) auszuschließen, weil es

nicht nur Bestandteil des Studiums, sondern ohne Zweifel auch der Praxis ist, was in besonderem

Maße für die Elektrotechnik zutrifft, der man in Wissenschaft und Technik auf Schritt und Tritt

begegnet.

Das vorliegende Buch habe ich mit dem Ziel geschrieben, auch den diesem Fachgebiet ferner

stehenden Studierenden, Ingenieuren und anderen Interessierten die physikalischen Zusammen-

hänge in der Elektrizitätslehre und in deren wichtigsten Anwendungsgebieten deutlich zu ma-

chen. Dabei war ich stets bemüht, von einfachen, der Leserin oder dem Leser oft aus eigener

Erfahrung bekannten Phänomenen auszugehen und darauf Schritt für Schritt aufbauend zu kom-

plizierteren Zusammenhängen zu führen.

Dieser Orientierung habe ich u.a. dadurch Rechnung getragen, dass die Behandlung der Felder an

den Anfang des Lehrbuches gestellt wurde. Aus ihnen lassen sich die technischen Grundlagen der

Elektrotechnik anschaulich ableiten. Bei der Darlegung der Anwendungen war ich darüber hinaus

bestrebt, auch modernste Entwicklungen einzubeziehen.

VI Vorwort

Das Buch wendet sich an alle, für die in Studium oder Beruf Kenntnisse der Grundlagen der

Elektrotechnik und Elektronik sowie ihrer Anwendungen notwendig sind. Der Stoff entspricht

etwa den Anforderungen, die heute an eine moderne Ingenieurausbildung, bei der Elektrotechnik

nicht das Hauptfach bildet, gestellt werden. Das Buch ist auch für Studierende der Elektrotechnik

in den Anfangssemestern geeignet.

Vorkenntnisse in Physik und Mathematik sind im Rahmen dessen wünschenswert, was in natur-

und ingenieurwissenschaftlichen Studienrichtungen an Universitäten, Technischen Hochschulen

und Fachhochschulen im ersten Studienjahr geboten wird.

Die den Hauptabschnitten nachgestellten Übungsaufgaben sind bezüglich ihres Schwierigkeits-

grades dem Leserkreis angemessen. Ihre Lösungen werden am Ende des Buches angegeben. Sie

sollen dazu dienen, den Stoff zu vertiefen und die Kenntnisse zu erweitern.

Bei meinem wissenschaftlichen Mitarbeiter, Herrn Dipl.-Ing. Sven Hilfert, möchte ich mich für

die wertvolle Hilfe bei der computergestützten Erstellung der Bilder und beim Durchrechnen der

Übungsaufgaben bedanken. Weiterhin gilt mein Dank Herrn Dr. Jens Schlembach vom Teubner-

Verlag für die gute Zusammenarbeit, den im Text genannten Firmen für die Überlassung von

Bildmaterial und meinen ehemaligen Magdeburger Kollegen für die Beisteuerung einiger

Übungsaufgaben. Schließlich bedanke ich mich bei meiner Frau Ingrid für viele Hinweise und

tatkräftige Unterstützung beim Korrekturlesen.

Essen, im Frühjahr 1994

Rudolf Busch

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