1 Grundbegriffe 11

1.1 Elektrischer Strom 11

1.2 Ladungen im Atommodell 13

1.3 Leitungseigenschaften 18

1.4 Ladung und Stromstärke 20

1.5 Stromdichte 25

1.6 Energie im Stromkreis 27

1.7 Potenzial und Spannung 28

1.8 Elektrische Feldstärke 31
1.8.1 COULOMB-Kraft und elektrische Feldstärke
1.8.2 Spannung und elektrische Feldstärke

1.9 Leistung und Wirkungsgrad 34


2 Zweipole 37

2.1 Der Begriff Zweipol 37

2.2 Bezugspfeile 37
2.2.1 Bezugssinn von Spannung und Strom
2.2.2 Pfeilsysteme

2.3 Passive Zweipole 40
2.3.1 Strom-Spannungs-Kennlinie
2.3.2 Das OHMsche Gesetz
2.3.3 Widerstand als Bauelement
2.3.4 Temperaturabhängigkeit

2.4 Aktive Zweipole 50
2.4.1 Leerlauf und Kurzschluss von Quellen
2.4.2 Ideale Quellen
2.4.3 Konstantquellen
2.4.4 Lineare Quellen
2.4.5 Nichtlineare Quellen


3 Zweipol-Netze 57

3.1 Verbindung zweier Zweipole 57
3.1.1 Bestimmung des Arbeitspunktes
3.1.2 Stabilität von Arbeitspunkten
3.1.3 Leistungsanpassung

3.2 Knotensatz 63
3.2.1 Stromteilung an einer Parallelschaltung
3.2.2 Stromsumme an Knoten

3.3 Maschensatz 66
3.3.1 Spannungsteilung
3.3.2 Potenziale von Schaltungspunkten
3.3.3 Spannungssumme in Maschen

3.4 Ersatzzweipole 72
3.4.1 Passive Ersatzzweipole
3.4.2 Aktive Ersatzzweipole

3.5 Überlagerungssatz 81

3.6 Anwendungen 82
3.6.1 Spannungsteiler
3.6.2 Brückenschaltungen
3.6.3 Strom- und Spannungsmessung


4 Zweitore 90

4.1 Der Begriff Zweitor 90

4.2 Lineare passive Zweitore 91
4.2.1 Die Zweitorgleichungen
4.2.2 Ersatzzweitore
4.2.3 Bestimmung der Zweitorparameter
4.2.4 Leistungen am Zweitor

4.3 Nichtlineare passive Zweitore 102
4.3.1 Beschreibung mit Kennlinienfeldern
4.3.2 Grafische Ermittlung der Arbeitspunkte
4.3.3 Betriebsbereiche des Bipolartransistors

4.4 Gesteuerte Quellen 110
4.4.1 Lineare Ersatzschaltungen bipolarer Transistoren
4.4.2 Lineare gesteuerte Quellen


5 Netzwerkanalyse 117

5.1 Das lineare Gleichungssystem 117

5.2 Reduktion des Gleichungssystems 119

5.3 Das Knotenpotenzialverfahren 120
5.3.1 Aufstellung des Gleichungssystems
5.3.2 Behandlung idealer Spannungsquellen
5.3.3 Behandlung gesteuerter Quellen
5.3.4 Bestimmung von Ersatzzweipolen

5.4 Das Maschenstromverfahren 128
5.4.1 Aufstellung des Gleichungssystems
5.4.2 Behandlung idealer Stromquellen;
5.4.3 Behandlung gesteuerter Quellen


6 Das elektrische Feld 132

6.1 Das elektrische Strömungsfeld 132
6.1.1 Driftgeschwindigkeit und Stromdichte
6.1.2 Strom im homogenen Feld
6.1.3 Strom im inhomogenen Feld

6.2 Das elektrische Potenzialfeld 136
6.2.1 Äquipotenziallinien und Stromlinien
6.2.2 Feldstärke und Potenzialgefälle

6.3 Spannung und Leistung im elektrischen Strömungsfeld 140
6.3.1 Spannung im homogenen Feld
6.3.2 Spannung im inhomogenen Feld
6.3.3 Leistungsdichte im Strömungsfeld

6.4 Das elektrostatische Feld 145
6.4.1 Quellenfeld
6.4.2 Influenz
6.4.3 Elektrische Flussdichte
6.4.4 Felder von Punktladungen

6.5 Nichtleiter im elektrostatischen Feld 153
6.5.1 Einfluss des Dielektrikums
6.5.2 Elektrische Dipole
6.5.3 Elektrische Polarisation
6.5.4 Piezoelektrischer Effekt

6.6 Kondensatoren 158
6.6.1 Kapazität
6.6.2 Kennlinien kapazitiver Zweipole
6.6.3 Berechnung der Kapazität

6.7 Kondensatorschaltungen 165
6.7.1 Parallelschaltung von Kondensatoren
6.7.2 Reihenschaltung von Kondensatoren


7 Das magnetische Feld 169

7.1 Ursachen und Wirkungen 169
7.1.1 Magnete
7.1.2 Magnetfeld stromdurchflossener Leiter
7.1.3 Erdmagnetfeld
7.1.4 Magnetfeld von Dauermagneten
7.1.5 Induktionswirkung im Magnetfeld

7.2 Kraftwirkungen im Magnetfeld 175
7.2.1 Die magnetische Flussdichte
7.2.2 Kräfte auf stromdurchflossene Leiter
7.2.3 Kraft auf eine bewegte Ladung
7.2.4 HALL-Effekt

7.3 Das Durchflutungsgesetz 182
7.3.1 Durchflutung
7.3.2 Permeabilität
7.3.3 Magnetische Feldstärke

7.4 Anwendung des Durchflutungsgesetzes 185
7.4.1 Magnetische Feldstärke in der Umgebung eines langen, geraden, zylindrischen Leiters
7.4.2 Magnetische Feldstärke im Innern eines langen, geraden, zylindrischen Leiters
7.4.3 Magnetfeld einer langen Koaxialleitung
7.4.4 Magnetische Feldstärke innerhalb einer Kreisringspule
7.4.5 Magnetfeld einer Zylinderspule

7.5 Das Gesetz von Biot-Savart 191
7.5.1 Magnetfeld bewegter Ladungen
7.5.2 Magnetfeld eines dünnen, geraden Leiters beliebiger Länge
7.5.3 Magnetfeld im Mittelpunkt einer kreisförmigen, dünnen Leiterschleife

7.6 Materie im Magnetfeld 194
7.6.1 Dia- und Paramagnetismus
7.6.2 Ferromagnetismus
7.6.3 Magnetische Werkstoffe

7.7 Magnetische Kreise 204
7.7.1 Unverzweigte magnetische Kreise
7.7.2 Verzweigte magnetische Kreise
7.7.3 Magnetischer Kreis mit Dauermagnet


8 Leitungsmechanismen 218

8.1 Stromleitung in Festkörpern 218
8.1.1 Bändermodell
8.1.2 Eigenleitung in Halbleitern und in Isolatoren
8.1.3 Austrittsarbeit
8.1.4 Störstellenleitung in Halbleitern
8.1.5 Metallische Leitung

8.2 Vorgänge an Grenzschichten 227
8.2.1 Übergang Metall-Metall
8.2.2 Übergang Metall-Halbleiter
8.2.3 pn-Übergang
8.2.4 Photovoltaischer Effekt
8.2.5 Übergang Isolator-Isolator

8.3 Bipolartransistor 238
8.3.1 Transistoreffekt
8.3.2 Aufbau in Planartechnik
8.3.3 Betriebsverhalten

8.4 Feldeffekttransistor 241
8.4.1 Sperrschicht-FET
8.4.2 Isolierschicht-FET

8.5 Stromleitung in Flüssigkeiten 248
8.5.1 Ionen als Ladungsträger
8.5.2 Elektrolyse
8.5.3 Das FARADAYsche Gesetz

8.6 Elektrochemische Spannungsquellen 251
8.6.1 Elektrochemische Spannungsreihe
8.6.2 GALVANIsche Primärelemente
8.6.3 GALVANIsche Sekundärelemente
8.6.4 Brennstoffzellen

8.7 Stromleitung im Vakuum 257

8.8 Stromleitung in Gasen 259
8.8.1 Elektrische Erscheinungen in Luft
8.8.2 Dunkelentladung
8.8.3 Stoßionisation
8.8.4 Durchschlag im homogenen Feld
8.8.5 Sichtbare Gasentladungen


SI-Einheiten 264
Verwendete Formelzeichen 266
Rechenoperationen mit Matrizen 267
Wichtige Konstanten 268
Lösungen der Aufgaben 268
Literatur 278
Sachwortverzeichnis 279