Online-Vorlesung "Elektrotechnik"

iHerzlich willkommen zu diesem Grundlagenkurs "Elektrotechnik". Hier biete ich für Studierende aller technischen Fachrichtungen (z.B. Maschinenbau) sowie für interessierte Hobby-Elektroniker (und solche, die es werden wollen) eine Reihe von kostenlosen Modulen aus den Bereichen E-Technik und Elektronik an.

Der Kurs wird über die nächsten Monate (ab Mitte März 2020) sukzessive erweitert, mit ca. 2-3 neuen Videos pro Woche. Der folgende Inhalt ist geplant: 

  1. Grundbegriffe der Elektrizität und E-Technik

  2. Grundlegende elektronische Bauelemente

  3. Einfache Schaltungen

  4. Halbleiter und Sensoren

  5. Operationsverstärker und Filter

  6. Integrierte Schaltkreise

  7. Mikrocontroller (Arduino)

Die Idee ist, die Inhalte mit einer guten Mischung aus Theorie und Praxisbeispielen so zu vermitteln, dass das Lernen Spaß macht und Lust auf Ausprobieren entsteht. In den Versuchen verwende ich fast ausschließlich Bauteile und Werkzeuge, die sich für wenig Geld unkompliziert beschaffen lassen. 

Die gezeigten Folien können unter dem jeweiligen Video heruntergeladen werden. Treten Fragen auf, kann am besten die YouTube-Kommentarfunktion genutzt werden - ich helfe gerne. 

Und jetzt viel Spaß mit den ersten Schritten in die Welt der Elektrotechnik und Elektronik!

Prof. Dr. Andreas Haja

Kursinhalt

(wird regelmäßig erweitert)
 

Elektrotechnik • Grundlagen

Teil 1.1.1 : Atome und Ladung 

In den theoretischen Grundlagen geht es um die Grundbausteine von Atomen und deren Bedeutung für die Elektrotechnik. Wir schauen uns insbesondere Elektronen und Protonen an, werfen einen Blick ins Periodensystem der Elemente und lernen die elektrische Ladung als eine Ursache für die Kraftwirkung zwischen Teilchen kennen.

Im Hands-On Beispiel zeige ich dir in wenigen kurzen Schritten, wie man die Anzahl der Atome und der Elektronen in einem Stoff berechnen kann, z.B. in einer Kupfermünze.

 

Am Ende der Videos hast du das nötige Wissen, um die Coulombkraft, das elektrische Feld und später auch Strom und Spannung zu verstehen.

Theoretische Grundlagen
Tutorials
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ET_Haja_SS20.011.jpeg
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Teil 1.2.1 : Die Coulomb-Kraft

In diesem Video geht es um die Kraftwirkung zwischen Ladungsträgern und um die Frage, wie wir sie dazu nutzen können, Elektronen durch einen Leiter zu bewegen. Dazu sehen wir uns das Modell des Elektronengases an und lernen die Coulombkraft, das elektrische Feld und die Driftgeschwindigkeit kennen.

Am Ende des Videos hast du das nötige Wissen, um auszurechnen, wie viel Kraft zwei Ladungen aufeinander ausüben oder um zu bestimmen, welche Ladungsmenge sich in einer bestimmten Zeit durch einen Leiter bewegt.

In den Hands-On Beispielen zeige ich dir, wie man die Kraft zwischen zwei Punktladungen berechnet und wie man die Ladungsmenge bestimmt, die sich in einer bestimmten Zeit durch einen Draft bewegt.

Theoretische Grundlagen
Tutorials
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Coulombkraft.001.jpeg
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Teil 1.3.1 : Strom & Spannung

In diesem Video geht es darum, die Begriffe elektrischer Strom und Spannung zu definieren. Ich zeige dir, warum der Strom abhängig ist von Form und Material eines Leiters, welche Rolle das elektrische Feld spielt und wie wir die elektrische Spannung über die potentielle Energie von Ladungen definieren können.

Am Ende des Videos hast du das nötige Wissen, um Strom, Spannung und den Zusammenhang zwischen den beiden Größen zu verstehen und wir haben außerdem die Grundlagen gelegt, um das Ohm'sche Gesetz - also U = R x I - selber herzuleiten.

In den Hands-On Beispielen zeige ich dir, wie man aus eine Kupfermünze, einer Unterlegscheibe und etwas Zitronensaft eine einfache Batterie bauen kann.

Theoretische Grundlagen
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Bildschirmfoto 2020-03-26 um 23.03.56.pn
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Teil 1.4.1 : Das Ohm'sche Gesetz

Das Ohm'sche Gesetz ist einer der Grundpfeiler der E-Technik. Es beschreibt den Zusammenhang zwischen Strom und Spannung über eine Größe, die sich aus den Materialeigenschaften und der Geometrie eines Leiters ergibt - den elektrischen Widerstand.

In diesem Video erkläre ich dir, was Leitfähigkeit und Widerstand sind, wo beide Größen herkommen, und wie man daraus das berühmte Ohm'sche Gesetz ableiten kann und was Ohm'sche Materialien eigentlich sind.

 

Im dazugehörigen Praxisvideo bauen wir uns übrigens eigene Widerstände aus Knete und messen nach, ob das Ohm'sche Gesetz auch für Spielzeug und Zitronenbatterien gilt.

Theoretische Grundlagen
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K1_M4_OhmschesGesetz.png
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Teil 1.5.1 : Widerstand : Bauformen, Farbcodes & E-Reihen

In diesem Video erkläre ich dir, was ein elektrischer Widerstand ist, welche Varianten und Bauformen es davon gibt und was es mit Farbcodes und E-Reihen auf sich hat. Außerdem zeige ich dir was ein Potentiometer ist und wie man damit z.B. die Helligkeit einer LED regeln kann.

Theoretische Grundlagen
Tutorial
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Bildschirmfoto 2020-04-29 um 07.43.38.pn
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Teil 1.6.1 : Elektrische Leistung

Wenn wir die Leistung eines elektrischen Verbrauchers angeben, dann machen wir das in der Einheit Watt. Und am Ende des Jahres unsere Stromrechnung kommt dann müssen wir für Kilowattstunden bezahlen, also die von uns genutzte Menge an Energie. Aber wie hängen elektrische Leistung und Energie eigentlich zusammen? Und was haben Strom, Spannung und Widerstand damit zu tun? In diesem Video klären wir das ausführlich und ich zeige dir außerdem einen der häufigsten Fehler bei der Kombination von Leistungsgesetz und Ohm'schem Gesetz. 

Theoretische Grundlagen
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