1 Einleitung – Grundlagen der Elektrotechnik 2

1.1 Wissenschaftliches Rechnen / Datenwissenschaft

Hintergrundwissen
- Systemverständnis, Architektur, Herstellungsverfahren, Implementation
Unterbewusste Kompetenz
- Abgespeicherte Erfahrungen aus Erfolgsgeschichten und Misserfolgen
Spezialwissen
- Berufsspezifisches Wissen
Teamwork Haltung
- Kommunikationsfähigkeit, Berichtswesen und technische Präsentation
Kreativität
Tool-Kenntnisse

Elektrische Systeme mathematisch und graphisch im Zeit- und Frequenzbereich beschreiben
Netzwerkanalyse mit RLC-Gliedern
Spezielle Netzwerke, wie Messbrücken, Schwingkreise und ideale Transformatoren, dimensionieren.

Komplexe Wechselstromrechnung
Diskrete Bauelemente und ihre Modellierung (RLC)
Methodik der Netzwerkanalyse
Anwendungsbeispiele mit EDA-Werkzeugen und wissenschaftliches Rechnen (Scientific Computing)

verschiedene Stufen der Vereinfachung
Felder / Wellen / Optik / HF-Technik
- Maxwell-Gleichungen \[\begin{align} \oint \mathbf{H} d\mathbf{s} &= \iint \mathbf{J} + \dot{D} d\mathbf{A} \\ \oint \mathbf{E} d\mathbf{s} &= - \iint \dot{B} d\mathbf{A} \end{align}\]
bei lokaler Konzentration der Feldenergie \(\Rightarrow\) quasi-statische Näherung
Mikrowellentechnik / Leitungstechnik
- verteilte Schaltungen \(l\), \(c\), \(\rho\)
- Kopplung, Laufzeit \(\tau = a/v\)
kleine Systeme mit \(a << \lambda\) bzw. kurze Laufzeiten mit \(\tau << T\)
Regelungstechnik / Impulstechnik
- Ersatzschaltungen
- (Block-)Schaltbilder
eingeschwungener Zustand
NF-Technik
- stationär-periodische Signale
Sinussignale
Energietechnik
- monofrequente Signale \(U = Z \cdot I\)
Frequenz \(f \rightarrow 0\)
Gleichstromtechnik
- Ohmsches Gesetz \(U = R \cdot I\)

Stromdichte

\[ \frac{\int E(r,t) ds}{\iint J(r,t) dA} = \frac{u(t)}{i(t)} \Rightarrow R \]

Verschiebungsdichte

\[ \frac{\iint D(r,t) dA}{\int E(r,t) ds} = \frac{q(t)}{u(t)} \Rightarrow C \]

Flußdichte

\[ \frac{\iint B(r,t) dA}{\oint H(r,t) ds} = \frac{u(t)}{i(t)} \Rightarrow L \]

als Zeitfunktion

\[ u(t) = \hat{U} \cos(\omega t + \phi) \]

als Zeiger / komplexe Grösse (Phasor)

\[ U = \lvert \hat{U} \lvert e^{j \phi} \]