Grundbegriffe der Elektrotechnik
Spannung (Voltage, U) — Maß für die elektrische „Druckdifferenz" zwischen zwei Punkten. Einheit: Volt (V).
Strom (Current, I) — Fluss elektrischer Ladung durch einen Leiter. Einheit: Ampere (A).
Widerstand (Resistance, R) — Maß dafür, wie stark ein Material den Stromfluss behindert. Einheit: Ohm (Ω).
Ohm'sches Gesetz (Ohm's Law)
Das Ohm'sche Gesetz verbindet die drei Grundgrößen:
U = R × I (Spannung = Widerstand × Strom)
Umgestellt:
- I = U / R (Strom = Spannung / Widerstand)
- R = U / I (Widerstand = Spannung / Strom)
Praktische Bedeutung im Cockpit:
- Bei gleicher Spannung (z. B. 14 V Bordnetz) zieht ein Gerät mit geringerem Widerstand mehr Strom (Landescheinwerfer).
- Defekte (zu hohe Widerstände, Korrosion an Steckern) führen zu Spannungsabfällen und schwächerem Stromfluss.
Elektrische Leistung (Electrical Power, P)
P = U × I (Leistung = Spannung × Strom). Einheit: Watt (W).
Aus Ohm's Law abgeleitet:
- P = I² × R = U²/R
Beispiel: Eine Landescheinwerferleuchte 14 V / 100 W → I = P/U = 100/14 ≈ 7,1 A.
Gleichstrom (DC) vs Wechselstrom (AC)
DC (Direct Current — Gleichstrom):
- Konstante Spannung und konstante Richtung des Stromflusses.
- Standard im Bordnetz von Kleinflugzeugen (14 V oder 28 V DC).
- Quelle: Batterie und Generator/Alternator (nach Gleichrichter).
AC (Alternating Current — Wechselstrom):
- Spannung und Stromrichtung wechseln periodisch.
- Charakterisiert durch Frequenz (Schwingungen pro Sekunde, Einheit Hz).
- Beispiele: Bordnetz von Verkehrsmaschinen (115 V AC, 400 Hz), Land-Stromnetz (230 V, 50 Hz in Europa).
Frequenz (f) — Anzahl der Schwingungen pro Sekunde, Einheit Hertz (Hz).
Stromkreise: Reihen- und Parallelschaltung
Reihenschaltung (Series):
- Verbraucher hintereinander.
- Strom überall gleich: I_gesamt = I_1 = I_2 = …
- Spannungen addieren sich: U_gesamt = U_1 + U_2 + …
- Widerstände addieren sich: R_gesamt = R_1 + R_2 + …
- Nachteil: Bei Ausfall eines Verbrauchers ist der Stromkreis unterbrochen.
Parallelschaltung (Parallel):
- Verbraucher gleichzeitig zwischen denselben zwei Punkten.
- Spannung überall gleich: U_gesamt = U_1 = U_2 = …
- Ströme addieren sich: I_gesamt = I_1 + I_2 + …
- Widerstandskehrwerte addieren sich: 1/R_gesamt = 1/R_1 + 1/R_2 + …
- Vorteil: Ausfall eines Verbrauchers beeinträchtigt die anderen nicht.
- Bordnetz von Flugzeugen ist parallel verschaltet — Sicherheitsanforderung.
Magnetfeld und elektrischer Strom
Faraday'sches Gesetz: Ein elektrischer Strom erzeugt ein Magnetfeld.
Anwendungen im Flugzeug:
- Elektromagnete: Solenoide in Anlassern, Magnetventilen.
- Generator: ein im Magnetfeld bewegter Leiter erzeugt eine Spannung (Induktion) — Grundlage des Alternators.
- Relais: elektromagnetischer Schalter — kleine Steuerströme schalten große Leistungsströme.
- Lautsprecher und Solenoide: Strom durch Spule erzeugt Bewegung im Magnetfeld.
Umgekehrt: Ein bewegtes Magnetfeld induziert in einem Leiter eine Spannung (Lenz'sches Gesetz, Induktion) — Grundlage des Generators.