Grundbegriffe
Elektrische Grundlagen animiert und interaktiv dargestellt: Du veränderst die Parameter mit Schiebereglern und siehst die Wirkung sofort. Keine isolierten Formeln — alles im visuellen Kontext.
Grundgrößen & Bauelemente
Stromstärke (Strom)
Der Strom = der Fluss elektrischer Ladung durch einen Leiter
Strom I
8 A
1 A
1 C/s
I = Q / t
Der elektrische Strom I = wie viel Ladung (Elektronen) pro Sekunde durch einen Leiter fließt. I = Q/t; Einheit: Ampere (A); 1 A = 1 C/s. Erhöhe I → die Elektronen fließen schneller.
Spannung
Die Spannung = die Potentialdifferenz, die den Strom „antreibt” (wie der Wasserdruck)
Spannung U
12 V
1 V
1 J/C
Die Spannung U = die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten; sie ist der „Druck”, der den Strom antreibt (Analogie: der Höhenunterschied des Wassers). Einheit: Volt (V); 1 V = 1 J/C.
Widerstand
Er setzt dem Stromfluss einen Widerstand entgegen; bei fester Spannung → größeres R → kleinerer Strom
Widerstand R
6 Ω
I = U/R
2.00 A
U
12 V
R = U / I = ρ · L / S
Der Widerstand R setzt dem Strom einen Widerstand entgegen. Bei festem U gilt I = U/R (doppeltes R → halber Strom). R = ρ·L/S (steigt mit der Länge, sinkt mit dem Querschnitt). Einheit: Ohm (Ω). Der Strom durch R erzeugt Wärme: P = I²·R.
Leistung
Die pro Sekunde verbrauchte Energie: P = U · I
Leistung P
60 W
P = U · I · 1 W = 1 V · 1 A
Die Leistung P = die pro Sekunde verbrauchte Energie = das Produkt aus Spannung und Strom (die Fläche U×I). Einheit: Watt (W). Die Glühlampe leuchtet heller, wenn P steigt.
Das ohmsche Gesetz
Ändere Spannung und Widerstand; der Strom fließt schneller oder langsamer
Strom I = U / R
2.00 A
Leistung P = U · I
24 W
I = U / R · P = U · I
Die Teilchen fließen schneller, wenn der Strom größer ist. Bei kleinerem R oder größerem U → I steigt.
Das Leistungsdreieck
Wie sich die Scheinleistung in Wirkleistung (P) und Blindleistung (Q) aufteilt, abhängig von cos φ
Wirkleistung P
8.5 kW
Blindleistung Q
5.3 kVAr
Scheinleistung S
10 kVA
P = S · cos φ (kW, nutzbar) · Q = S · sin φ (kVAr, blind) · S = √(P² + Q²) (kVA). Ein kleinerer cos φ → mehr nutzlose Blindleistung.
Frequenz & Periode
Wie viele Schwingungen pro Sekunde eine Wechselspannung ausführt
Frequenz f
2 Hz
Periode T = 1/f
0.50 s
Frequenz (Hz) = Anzahl der Zyklen pro Sekunde; Periode T = 1/f. Das Netz in Rumänien: 50 Hz (T = 20 ms).
Induktivität (Henry)
Die Spule wirkt der Stromänderung entgegen; die Spannung ist um +90° phasenverschoben
U_L = L · di/dt · 1 H = 1 V·s/A
Eine Spule speichert Energie im Magnetfeld und wirkt der Stromänderung entgegen. Bei Wechselstrom eilt die Spannung an der Spule dem Strom um +90° voraus. Die Induktivität wird in Henry (H) gemessen.
Kapazität (Farad)
Der Kondensator lädt und entlädt sich exponentiell (Zeitkonstante τ = R·C)
τ = R · C
1.0
Ladung
0 %
Der Kondensator speichert Ladung: Q = C · U. Er lädt sich exponentiell mit der Zeitkonstante τ = R · C (bei 5τ ist er zu ~99 % geladen). Die Kapazität wird in Farad (F) gemessen.
Magnetfeld
Das kreisförmige Feld um einen stromdurchflossenen Leiter
Der Strom erzeugt ein kreisförmiges Magnetfeld um den Leiter; die Stärke nimmt mit dem Strom zu. Die Richtung: die Rechte-Hand-Regel (Daumen = der Strom, die Finger = das Feld).
Wechselstrom → Gleichstrom & Messen
Gleichrichter — AC → CC
Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom
Transformator (ändert die Amplitude gemäß dem Übersetzungsverhältnis) → Brückengleichrichter (4 Dioden) → Glättungskondensator → Gleichspannung.
Der Transformator ändert die Spannung gemäß dem Übersetzungsverhältnis: U_sekundär = U_primär / n. Die Brücke (4 Dioden) klappt die negativen Halbwellen um; der Kondensator „füllt” die Lücken (Glättung). Größerer Kondensator → kleinere Welligkeit.
Voltmeter & Amperemeter
Wie man sie richtig anschließt — und was passiert, wenn man sich irrt
Was du misst
Anschluss
✓ Richtig. Das Voltmeter wird PARALLEL zum Verbraucher angeschlossen; das Amperemeter in REIHE.
Voltmeter = großer Widerstand, PARALLEL (misst die Spannung an den Klemmen). Amperemeter = kleiner Widerstand, in REIHE (der Strom fließt durch es hindurch). Ihre Vertauschung ist der klassische Fehler.
Kirchhoffsche Regeln
Kirchhoffsche Regeln
Wie sich Ströme und Spannungen in Reihe und parallel aufteilen
I (total)
0.40 A
U1 / U2
4.0 / 8.0 V
I (comun)
0.40 A
Maschenregel (KVL): in der Masche gilt U = U1 + U2. In Reihe ist der Strom gleich, und die Spannung teilt sich proportional zu R auf.
In Reihe: I gemeinsam, U teilt sich auf (U = U1 + U2 — KVL). Parallel: U gemeinsam, I teilt sich auf (I = I1 + I2 — KCL).
Generatoren in Reihe & parallel
Wie sich Spannung und Strom ändern, wenn du mehrere Quellen verbindest
Gesamtspannung
24 V
In Reihe (+ an −): die Spannungen ADDIEREN sich → U = U1 + U2. Der verfügbare Strom bleibt gleich. (Bsp.: 2 Batterien von 1,5 V in Reihe = 3 V.)
Reihe = die Spannungen addieren sich (Strom unverändert). Parallel = die Spannung bleibt, aber der maximale Strom / die Kapazität steigt. Bei Parallelschaltung müssen die Quellen dieselbe Spannung haben (sonst entstehen Ausgleichsströme).
Dreiphasensystem
Dreiphasige Sinuskurven
Die drei Außenleiter bei 120° und der Strom durch den Neutralleiter, wenn du sie aus dem Gleichgewicht bringst
Symmetrisch — der Strom durch den Neutralleiter ≈ 0 (die drei heben sich vektoriell auf).
Bei gleichen Amplituden ist die Summe der drei um 120° verschobenen Sinuskurven null → der Neutralleiter ist nicht belastet. Siehe die Seite „Dreiphasige Symmetrie” zur Berechnung.
Dreiphasige Zeiger (Phasenverschiebung 120°)
Die drei Spannungen als rotierende Vektoren, um 120° verschoben — symmetrisches System
Symmetrisches System (120° / 240° Verschiebung) — die Vektorsumme der drei ≈ 0 (sie heben sich auf).
Vektorsumme (Resultierende)
0 V
Resultierende = U_Phase × |R⃗ + S⃗ + T⃗| · U_Phase = 230 V · symmetrisch (120°) → 0
Die drei Phasen R/S/T sind Vektoren (Zeiger) gleicher Länge, um 120° verschoben. Verschiebe S/T und beobachte, wie ihre Vektorsumme (Resultierende) von null an wächst. Es ist eine Demonstration der Auslöschung bei 120°: In einem realen Netz ist die Verschiebung fest auf 120°, und der Neutralleiterstrom entsteht durch ungleiche Lasten an den Phasen (siehe Seite „Dreiphasiges Gleichgewicht"), nicht durch Ändern des Winkels.
Stern (Y) — Dreieck (Δ)
Die zwei Schaltungsarten eines Dreiphasensystems
Dreiphasiger Verbraucher — 3 Wicklungen (z. B. Motor)
Phasenspannung (L–N)
230 V
Leiterspannung (L–L)
400 V
Wicklungsspannung
230 V
Nur die Wicklungsspannung unterscheidet sich: Stern = 230 V · Dreieck = 400 V
Stern (Y): jede Wicklung liegt zwischen einer Phase und dem Neutralleiter → sie sieht die Phasenspannung = 230 V (= U_Leiter / √3). Leiterstrom = Wicklungsstrom.
Die Netzspannungen sind fest und genormt: 230 V zwischen Phase und Neutralleiter, 400 V zwischen den Phasen (U_Leiter = √3 × U_Phase). Bei Stern/Dreieck ändern sich NICHT diese Spannungen, sondern wie viel Spannung an jeder Wicklung anliegt: im Stern 230 V (Phase–Neutralleiter), im Dreieck 400 V (Phase–Phase). Daher der STERN-DREIECK-Anlauf: Start im Stern (die Wicklung erhält nur 230 V → reduzierter Anlaufstrom), dann Umschaltung auf Dreieck für volle Leistung.
Schutzeinrichtungen
MCB-Kennlinien — B / C / D
Wo ein Schutzschalter auslöst: thermisch (Überlast) oder magnetisch (Kurzschluss)
Auslösekennlinie
Unter 1,13 × In löst er nicht aus. Zwischen 1,13 × In und der Kennlinienschwelle → thermisch (langsam). Über der Kennlinienschwelle (B 3× · C 5× · D 10× In) → magnetisch (augenblicklich).
FI-Schalter / Summenstromwandler — Fehlerstrom
Wie ein FI-Schalter einen Stromableitfehler nach Erde „spürt”
Auslöseschwelle: 30 mA
✓ Unter der Schwelle — löst nicht aus
Im Normalbetrieb ist der Strom, der auf der Phase (L) hineinfließt, = dem Strom, der auf dem Neutralleiter (N) herausfließt → die Summe im Summenstromwandler = 0. Eine Ableitung nach Erde (Berührung, Isolationsfehler) leitet einen Teil des Stroms ab → I_L > I_N; die Differenz (der Differenzstrom) wird vom Summenstromwandler erfasst. Bei ≥ 30 mA löst der FI-Schalter aus (Art. 4.1.5.2.1).
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