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Kapitel 1 · 29 Artikel

Elektrotechnische Physik

Woraus Strom eigentlich besteht: Ladung, Spannung, Felder, Magnetismus und die Physik der Halbleiter – die Grundlage für alles Weitere.

1

Atome, Elektronen und Ionen

Woraus Materie besteht und warum Elektronen den Strom tragen – Atommodell, Valenzelektronen, freie Elektronen und Ionen einfach erklärt.

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2

Elektrische Ladung

Was elektrische Ladung ist, wie man sie in Coulomb misst, warum sich gleiche Ladungen abstoßen und was Akku-Angaben in mAh damit zu tun haben.

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3

Elektrische Spannung

Was elektrische Spannung ist, wie sie entsteht und gemessen wird – Volt, Ladungstrennung, Zählpfeile und typische Spannungen aus der Praxis.

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4

Elektrischer Strom

Was elektrischer Strom ist, wie schnell sich Elektronen wirklich bewegen, technische und physikalische Stromrichtung und die Wirkungen des Stroms.

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5

Elektrischer Widerstand

Warum Leiter den Strom bremsen, wovon der Widerstand abhängt und wie Länge, Querschnitt, Material und Temperatur ihn bestimmen.

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6

Potential und Bezugspunkt

Was ein elektrisches Potential ist, warum jede Spannung einen Bezugspunkt braucht und wie du mit Potentialen und negativen Spannungen rechnest.

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7

Elektrisches Feld

Wie Ladungen über Entfernung wirken – Feldlinien, Feldstärke, homogenes Feld im Kondensator, Durchschlag, Spitzenwirkung und Abschirmung.

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8

Magnetismus

Dauermagnete, Nord- und Südpol, Feldlinien und Weiss'sche Bezirke – wie Magnetismus entsteht und welche Werkstoffe magnetisch sind.

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9

Elektromagnetismus

Wie elektrischer Strom ein Magnetfeld erzeugt – Rechte-Hand-Regel, Spule, Eisenkern, Lorentzkraft und Anwendungen von Relais bis Motor.

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10

Induktion, Selbstinduktion und Wirbelströme

Wie ein sich änderndes Magnetfeld Spannung erzeugt – Induktionsgesetz, Lenzsche Regel, Selbstinduktion, Abschaltspitzen und Wirbelströme.

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11

Magnetische Größen und Einheiten

Durchflutung, Feldstärke, Flussdichte, Fluss, Permeabilität und Induktivität – die magnetischen Größen mit Formeln, Einheiten und Beispiel.

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12

Elektrische und magnetische Felder im Alltag

Wo im Alltag elektrische und magnetische Felder entstehen, wie stark sie sind, welche Grenzwerte gelten und wie du sie einfach reduzierst.

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13

EMV – Elektromagnetische Verträglichkeit

Was EMV bedeutet, wie Störungen von der Quelle zur Senke gelangen und welche Maßnahmen im Schaltplan und Platinenlayout wirklich helfen.

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14

Elektromagnetisches Spektrum

Von Netzfrequenz über Funk und Licht bis Gammastrahlung – Frequenz, Wellenlänge, Photonenenergie und die Bereiche des elektromagnetischen Spektrums.

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15

Optoelektronik

Wie Halbleiter Licht erzeugen und erkennen – LED, OLED, Laserdiode, Fotodiode, Fotowiderstand, Fototransistor, Solarzelle und Optokoppler im Überblick.

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16

Lichtstrom, Lichtstärke und Beleuchtungsstärke

Lumen, Candela und Lux sauber unterschieden – mit Lichtausbeute, Abstandsgesetz und Rechenbeispielen für LEDs und Arbeitsplatzbeleuchtung.

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17

Spezifischer Widerstand

Wie Material, Länge und Querschnitt den Widerstand eines Leiters bestimmen – mit Tabelle, Temperaturbeiwert und Rechenbeispiel für eine Leiterbahn.

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18

Elektrische Leitfähigkeit

Was die Leitfähigkeit eines Stoffes bestimmt, warum sie über rund 25 Zehnerpotenzen reicht und wie Ladungsträgerdichte und Beweglichkeit zusammenwirken.

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19

Leitende Werkstoffe in der Elektrotechnik

Kupfer, Aluminium, Silber, Gold, Zinn und Widerstandslegierungen – welcher Leiterwerkstoff wofür eingesetzt wird, von der Leitung bis zur Platine.

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20

Supraleitung

Widerstand null unterhalb der Sprungtemperatur – wie Supraleitung entsteht, was der Meißner-Effekt ist und wo Supraleiter heute eingesetzt werden.

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21

Halbleiter

Was einen Halbleiter ausmacht – Kristallgitter, Bändermodell, Eigenleitung mit Elektronen und Löchern und die wichtigsten Halbleitermaterialien.

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22

Geschichte der Halbleitertechnik

Vom Kristalldetektor über den ersten Transistor 1947 bis zu FinFET und Gate-All-Around – die wichtigsten Schritte der Halbleitertechnik.

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23

Dotierung

Wie wenige Fremdatome die Leitfähigkeit von Silizium um Zehnerpotenzen erhöhen – n- und p-Dotierung, Donatoren, Akzeptoren und Majoritätsträger.

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24

Der pn-Übergang

Wie an der Grenze zwischen p- und n-Silizium die Raumladungszone entsteht und warum der Übergang Strom nur in eine Richtung leitet – mit Diodenkennlinie.

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25

Temperaturverhalten von Halbleitern

Warum Halbleiter warm besser leiten, die Diodenspannung um 2 mV/K sinkt und Sperrströme sich verdoppeln – mit Wärmewiderstand und Rechenbeispiel.

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26

Thermoelektrik und Piezo-Effekt

Wie Wärme und Druck direkt Spannung erzeugen – Seebeck-Effekt und Thermoelemente Typ K und J, Peltier-Element, Piezo-Effekt in Feuerzeug, Quarz, Summer und Sensor.

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27

Grenzen der modernen Halbleitertechnik

Warum Transistoren nicht beliebig schrumpfen – Leckströme, Wärme, Lithografie, Atomgrößen, Kosten – und wie FinFET, GAA und Chiplets helfen.

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28

Quantenphysik für Elektroniker

Photonen, Energieniveaus, Pauli-Prinzip, Tunneleffekt und Rauschen – die Quanteneffekte, die hinter Halbleitern, LEDs und Flash-Speichern stecken.

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29

Quantentechnik

Qubits, Überlagerung und Verschränkung – was Quantencomputer, Quantenkryptografie und Quantensensoren können und wo ihre Grenzen liegen.

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