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EMA
Labor für Elektrische Maschinen, Geräte und Anlagen
der Hochschule Bremerhaven
Prof. Dr.-Ing. G.Löffelmacher
Elektrotechnik 1
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 1 von 31
1. Allgemeines 1.1. Bedeutung der ET 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:
Schreibweise von Gleichungen [ ] Einheit Zahlenwert Größe chePhysikalis ⋅=
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
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 2 von 31
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 3 von 31
Das Griechische Alphabet:
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
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
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 4 von 31
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/s2
h Plancksches Wirkungsquantum 6,626 · 10− 34 J s
k Boltzmann-Konstante 1,381 · 10− 23 J/K
me0
Ruhemasse Elektron 9,109 · 10− 31 kg
mp0
Ruhemasse Proton 1,673 · 10− 27 kg
ε0
elektrische Feldkonstante 8,854 ·10− 12 F/m
µ0
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
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 5 von 31
1.4. Grundstromkreis
- Erzeuger - Leiter
- Verbraucher
A
V
RI
U
Druckdifferenz-
StrömungswiderstandVerbraucher
Messung
Druckerzeuger:Pumpe
MesserMengen-
- Beschreibung der Vorgänge im Grundstromkreis:
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: dt
)t(dq)t(i = [ ] [ ]
[ ][ ]
[ ]s
sA
s
CA
⋅== (1C:= 1Coulomb)
Ladung Q: ∫=2
1
t
t
dt)t(iQ [ ] [ ] [ ]sACQ ⋅==
Zeitabhängige elektrische Größen werden kleingeschrieben!
- Wirkungen des elektrischen Stromes
- Wärme
- Elektrolyse
- Elektromagnetismus
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 6 von 31
1.5.2. Die Stromdichte S
Stromdichte S: A
IS =
[ ][ ]2mm
A
- Bedeutung der Stromdichte:
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 7 von 31
1.6. Die elektrische Spannung U - Herleitung der Proportionalität: ∆W ~ ∆Q
- Proportionalitätsfaktor U
- Definition der Spannung U:
Q
WU
∆
∆= [ ] [ ]
[ ][ ]
[ ]sA
sVA
sA
sWV
⋅
⋅⋅=
⋅
⋅=
- Richtung der Spannung:
- Normung: 0V < U < 100V: DIN 40001 100V < U > 380kV: DIN 40002
- Potential
1.7. Der elektrische Widerstand R 1.7.1. R= f (Stoffeigenschaften, geometrischen Abmessungen)
Widerstand R: A
lR ρ= [ ]Ω
Spezifischer Widerstand ρ: γ
ρ1
=
⋅Ω
m
mm2
1.7.2. Der elektrische Leitwert G
Leitwert G: R
G1
=
Ω
1
Spezifischer Leitwert γ: ρ
γ1
=
⋅Ω 2mm
m
1.7.3. Die Temperaturabhängigkeit
Widerstand R= f(ϑ): )1(RR C20 ϑ∆⋅α+= °ϑ [ ]Ω
R0:= Nennwiderstand bei ϑ= 20°C ∆ϑ = ϑ - 20°C α := Temperaturkoeffizient bei 20°C
Widerstand bei hohen Temperaturen (>80°C):
( ) )1(RR 2C20 ϑ∆⋅β+ϑ∆⋅α+= °ϑ
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 8 von 31
Temperatureinfluss:
- Heißleiter
- Kaltleiter
- Supraleitung
Kenndaten:
Spezifischer elektrischer Widerstand, elektrische Leitfähigkeit, Teperaturkoeffizient bei 20°C und Dichte
Werkstoff Spezifischer Widerstand
Leitfähigkeit Temperatur-koeffizient
Temperatur-koeffizient
Dichte
ρρρρ in ΩΩΩΩ·mm²/m γγγγ in S·m/mm² αααα in 1/°C ββββ in 1/°C ρρρρ 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: tIUW ⋅⋅= [ ] [ ] [ ]sWsAVJ ⋅=⋅⋅=
WPS
Jkpm
Jcal
JkW
7361
81,91
1868,41
106,316
=
=
=
⋅=
Leistung P: IUP ⋅= [ ] [ ]AVW ⋅=
- Beispiele für Leistungsgrößen:
Wirkungsgrad ηηηη: zu
Vzu
zu
ab
P
PP
P
P −==η s. Kapitel 6.4
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 9 von 31
2. Berechnung von Strömen und Spannungen in elektrischen Netzen
2.1. Die Grundgesetze
2.1.1. Das Ohmsche Gesetz
I
UR = [ ] [ ]
[ ]A
V=Ω
- Kennlinie:
- Ohmsche Widerstände ↔ nichtohmsche Widerstände
- Differentieller Widerstand r:
I
Ur
∆
∆=
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: ∑=
=n
i
iges RR1
Strom: ...21 === III
Gesamtspannung: ∑=
=n
i
iges UU1
U1
R1
I
U2
R2
U3
R3
gesU
2.2.2. Spannungsteiler
. . . . R
R
U
U
2
1
2
1== s. Bild zu Kapitel 2.2.1.
- unbelasteter Spannungsteiler - belasteter Spannungsteiler - Potentiometerschaltung
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 10 von 31
2.2.3. Parallelschaltung von Widerständen
Gesamtwiderstand: ∑=
=n
i iges RR 1
11
zwei parallele Widerstände: 21
21
RR
RRRges
+
⋅=
n gleiche Widerstände: n
RRges =
Gesamtstrom: ∑=
=n
i
iges II1
Spannung: ...21 === UUU
R1I1gesI
U
2
3I3
R
I2R
2.2.4. Stromteiler
. . . . G
G
I
I
2
1
2
1== s. Bild zu Kapitel 2.2.3.
2.2.5. Zusammengesetzte Schaltungen
- Beispiele: s. Vorlesung
Beispiel a)
32
B
1
A
Rges = 1,5.R
Beispiel b)
3
2
B
1
A
Rges = 0,67.R
Beispiel c)
3
B
27
5
8
1
A
6 9
Rges = 1,47.R
Beispiel d)
A
2 6
1 3 4 7
5
Rges = 1,73.R
- Y / ∆∆∆∆ - Umwandlung
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 11 von 31
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
4II 1
I 2
0IIII 4321 =−++
Beispiel für eine Maschengleichung:
Umlauf
U5
I
R5
7
U
U
I
I
1
R1
R66
1
8
Ua
U4I
IR4
5
6
UII
I
2
R2
R3
2 3
4
Ub
U3
0UUUUUUUU 1a6543b2 =−−+++−+−
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
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 12 von 31
3. Der Widerstand als elektrisches Bauelement
3.1. Kennzeichnung
- Nennwert und Toleranz von Widerständen - Verlustleistung von Widerständen
IEC- Normzahlenreihen:
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 13 von 31
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
Beispiel: R = 470 Ω ± 5%
- Belastbarkeit von Widerständen
ϑ
ϑ−ϑ=
RP
UO ϑo := Oberflächentemperatur
ϑU := Umgebungstemperatur Rϑ := Wärmewiderstand
- Überlastung: 6,25 . PNenn für t > 5s
- PNenn = f(Baugröße)
s.a. Kapitel 3.2
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 14 von 31
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
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 15 von 31
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 - Einsatzbereiche
Dreheisenmesswerk
- Eigenschaften - Einsatzbereiche
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 16 von 31
elektrodynamisches Messwerk (Produktenmesser)
- Eigenschaften - Einsatzbereiche -
Kreuzspulmesswerk (Quotientenmesser)
- Eigenschaften - Einsatzbereiche
Vibrationsmesswerk (Frequenzmesser)
- Eigenschaften - Einsatzbereiche
Leistungsfaktormesswerk (cos ϕ - Messer)
- Eigenschaften - Einsatzbereiche
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 17 von 31
Induktionszähler (Wh- Zähler)
- Eigenschaften - Einsatzbereiche
4.2. Messfehler, Genauigkeitsklassen DIN VDE 0410
- Messfehler F:
F= Aa –Aw Aa : = angezeigter Wert Aw : = wahrer Wert
- Zulässiger Anzeigefehler f (Genauigkeitsklasse):
%100A
AAf
End
wa⋅
−=
- Beispiel: USE= 250V Klasse = 1 Uangezeigt = 150V
Ergebnis: 147,5V < Uwahr < 152,5V
4.3. Empfindlichkeit, Eigenverbrauch und innerer Widerstand
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 18 von 31
4.4. Kennzeichnung von Messwerken
- Skalenbeschriftungen von Messwerken nach DIN 43802
- Skalen von Messwerken nach DIN 43802
Schalttafelinstrumente Feinmessinstrumente
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 19 von 31
- Ursache der Paralaxe - Nullpunkteinstellung
4.5. Messbereichserweiterung
4.5.1. Strombereichserweiterung (s.a. Labor)
I RN N
I
IM
MU
M
MMN
II
IRR
−
⋅=
UM:= max. Messwerkspannung
IM:= max. Messwerkstrom
RM:= Messwerkwiderstand
RN:= Nebenwiderstand (Shunt)
4.5.2. Spannungsbereichserweiterung (s.a. Labor)
I R V
U
UURV M
MM
MV R
U
UUR ⋅
−=
RV:= Vorwiderstand
4.6. Widerstandsmessung
RIV
RX
UBat. Rangezeigt
M
MBatV
I
UUR
−=
.
UBat.:= Batteriespannung
RX:= Messwiderstand
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 20 von 31
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)
1R R2
RN XR
NX RR
RR ⋅=
1
2
RN, R1, R2:= Brückenwiderstände
RX:= unbekannter Widerstand
4.7.2. Kompensationsverfahren (s.a. Labor)
XUMessU
NX RR
RR ⋅=
1
2
4.7.3. Innenwiderstandsmessung (s.a. Labor)
M
VergleichULastRi R
IU0
RL
RL
Mi
I
UR =
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 21 von 31
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
-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
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
5.1.2. Photoelektrizität
5.1.3. Piezoelektrizität
5.1.4. Berührungselektrizität
5.1.5. Elektrizitätserzeugung
- Influenz
- Magnetische Induktion (s. Kapitel 9)
- Chemische Umsetzung (s. Kapitel 7)
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 22 von 31
5.2. Verhalten von Spannungsquellen
- Bestimmung des Betriebsverhaltens (Generatorkennlinie)
5.2.1. Spannungsquellenersatzschaltbild (ESB)
R
U0
URi K
I
Last
aussagefähi-geres ESB:
Kurzsch
luss
Leerlauf
UK
0U
IK0
0I
Klemmenspannung UK: iK RIUU ⋅−= 0 [ ]V
Leerlaufspannung U0: 0UU K = [ ]V
Kurzschlussstrom IK: i
KR
UI 0= [ ]A
- Bestimmung des Arbeitspunktes aus Generator- und Verbraucherkennlinie
- Messtechnische Bestimmung des Arbeitspunktes
5.2.2. Stromquellenersatzschaltbild (ESB)
I I IK i
R Ri Lastk
U
Kurzs
chluss
Leerlauf
UK
0U
IK0
0I
5.2.3. Leistungsanpassung 5.2.4. Schaltungen von Spannungserzeugern
- Reihenschaltung
- Parallelschaltung
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 23 von 31
6. Wirkung des elektrischen Stromes, Energieumwandlung 6.1. Wärmewirkung
- Joulesches Gesetz:
∫ ⋅=⋅⋅=t
el UQdtiuW0
.2
1
- Technische Anwendungen:
- Thermische Energiegleichung:
Wärmeenergien W:
ϑ∆⋅⋅= WcmW
m:= Masse [ ]kg
cw:= spezifische Wärme
⋅Kkg
kWs
∆ϑ:= Temperaturdifferenz [ ]K 6.2. Chemische Wirkung (s.a. Kap.7) 6.3. Magnetische Wirkung (s.a. Kap.9) 6.4. Wirkungsgrad η
- Arbeitswirkungsgrad ηW:
WVerl.
WzuabW
zu
Verlzu
zu
abW
W
WW
W
W .−==η
Wzu := zugeführte Energie [ ]Ws WVerl.:= Verlustenergie [ ]Ws
Wab := Nutzenergie [ ]Ws
- Leistungswirkungsgrad ηP:
zu
Vzu
zu
abP
P
PP
P
P −==η
- Wirkungsgrad = f(Ri und RLast): Leistungsanpassung (s.a. Kapitel 5.2.1.)
- Wirkungsgrade technischer Geräte:
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 24 von 31
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
tIcm ⋅⋅=
w
M
sA
kgc ⋅
⋅⋅=
−
965,010 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
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 25 von 31
7.4. Polarisation
PPRIIU +⋅=⋅ 2
IUP PP ⋅=
IU ⋅ := zugeführte elektrische Leistung
RI ⋅2 := Wärmeleistung PP := Polarisationsleistung PU := Polarisationsspannung
7.5. Elektrochemische Spannungserzeugung
7.5.1. Elektrodenpotential
- 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
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 26 von 31
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
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 27 von 31
7.5.4. Sekundärelemente
Bauformen von Sekundärzellen nach DIN 40729:
Bleibatterien NiCd- Batterien Gebräuchlichste Akkusysteme:
**) 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
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 28 von 31
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
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 29 von 31
Quelle: E.Böhmer, Elemente der angewandten Elektronik, Verlag Vieweg
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 30 von 31
Quelle: E.Böhmer, Elemente der angewandten Elektronik, Verlag Vieweg
Dr. G.Löffelmacher: Übersicht ET1 17.03.2006 Seite 31 von 31
7.5.6. Elektrochemische Korrosion
Ursache:
- Beispiele
- Abhilfe: elektrochemischer Korrosionsschutz: Opferanode
elektrischer Korrosionsschutz: