Konstanten

Folgende Konstanten werden häufig verwendet. An der Prüfung sollten deren Werte angegeben sein, da sie häufig gerundet werden.

Lichtgeschwindigkeit: `c~~300000 "km/s"`
Achtung, in Formeln wird normalerweise m/s benötigt und nicht km/s

Dielektrizitätskonstante: `epsilon_0=8.854*10^-12 "As/Vs"`

Magnetische Fluxkonstante: `mu_0=1.257*10^-6 "Vs/Am"`

Pi: `pi~~3.141592653589793`
Hinweis: Normalerweise ist es ausreichend pi als `3.142` zu kennen.

Eulersche Zahl: `e~~2.718281828459045`
Hinweis: Diese Zahl ist wie pi nicht endend, und die Konstante oberhalb ist daher nur eine Annäherung. Die exakte Definition ist `e=sum_(n=0)^oo1/(n!)`

Einheiten in Formeln

Formeln erwarten Zahlen in einer bestimmten Einheit. z.B. `U=R*I` erwartet den Widerstand in Ω, den Strom in A, und das Resultat wird in V sein. Zahlen müssen wenn notwendig in die Grundeinheit gerechnet werden. Ist der Widerstand 69 mΩ und der Strom 420 μA so kann nicht `U=69*420` gerechnet werden, sondern `U=69*10^-3 "Ω"*420*10^-6 "A"=28.98*10^-6 "V"=28.98 μV`

Ohmsches Gesetz

Wer das Ohmsche Gesetz kennt wird viele rechnerische Fragen der Prüfung lösen können. Das Ohmsche Gesetz zeigt den Zusammenhang zwischen vier Grössen:

*) Watt ist wie hier abgebildet nur anwendbar wenn der Leistungsfaktor 1 ist, ansonsten muss dieser berücksichtigt werden.

Kennt man zwei diser Grössen können die fehlenden beiden berechnet werden anhand des Formelrades.
Das Formelrad ist an der Prüfung erlaubt

Elektrische Einheiten

Spannung

Die Spannung ist die Fähigkeit einen Strom fliessen zu lassen. Ohne Spannung kann es keinen Strom geben. Die Spannung charakterisiert die "Stärke" einer Spannungsquelle; sie ist die Ursache für den elektrischen Strom, der die elektrische Ladung transportiert.
In einem Wasserkreislauf wäre die Spannung die Höhe zwischen Reservoir und Tal.

Spannung (insbesondere Wechselspannung) über 50V kann tödlich sein.

Strom

Der Strom ist die Arbeit verrichtende Kraft. Er ist für das elektromagnetische Feld verantwortlich. Ein höherer Strom bedeutet ein stärkereres Feld.
In einem Wasserkreislauf wäre der Strom die Dicke der Wasserleitung

Ströme über 10mA können tödlich sein.

Widerstand

Der Widerstand idt die Kraft die sich dem Strom entgegensetzt und den Stromfluss begrenzt.
In einem Wasserkreislauf wäre der Widerstand eine Verengung im Rohr.

Hinweis: Statische Elektrizität

Statische Aufladung tritt zum Beispiel beim Gehen auf einem Teppichboden auf. Liegt die Luftfeuchtigkeit unter 20 %, kann ein Mensch auf bis zu 35 kV aufgeladen werden. Dem eifrigen Leser ist sicher nicht entgangen, dass dieser Wert höher als 50V ist. Bei solchen statische Entladungen fällt die Spannung schneller ab als dass sie gefährlich werden könnte.

Serielle Widerstände

Serielle Widerstände können durch einen einzelnen Widerstand ersetzt werden welcher identisch zur Summe der zu ersetzenden Widerstände ist, also `R_"ersatz"=R_1+R_2+...`

In seriellen Widerständen fällt die Spannung proportional zum Widerstandswert ab, und der Strom ist an allen Widerständen identisch. Beispiel: Liegen 3 Volt an einer Reihenschaltung von 10 Ω und 5 Ω an so fällt die Spannung am 10 Ω Widerstand um 2V, und am 5 Ω um 1V ab.
Der Spannungsabfall an einem Widerstand `R_1` ist also `U_1=U_"gesammt"/R_"gesammt"*R_1`.
Mittels `I_1=I_2=U_1/R_1=U_2/R_2` kann nachgewiesen werden dass der Strom an beiden Widerständen in der Tat identisch ist.

Parallele Widerstände

Parallele Widerstände können über eine von drei Formeln in einen einzelnen Widerstand umgerechnet werden:

Einfache Formel

`R=R_1/n`

Diese Formel funktioniert wenn alle parallelen Widerstände den exakt selben Widerstandswert haben. In diesem falle ist `R_1` der Widerstandswert einer der Widerstände und `n` die Anzahl Widerstände.

Formel für zwei Widerstände

`R=(R_1*R_2)/(R_1+R_2)`

Immer noch relativ einfach zu rechnen, funktioniert auch wenn die beiden Widerstände verschiedene Stärken haben, aber nur wenn es exakt zwei Widerstände sind.

Universale Formel

`R=1/(1/R_1+1/R_2+...)`

Diese Formel funktioniert für eine beliebige Anzahl an Widerständen mit beliebigen Widerstandswerten.
Tip: `1/n` ist das Selbe wie `n^-1`. Die Formel oberhalb kann also umgeschrieben werden auf `R=(R_1^-1+R_2^-1+...)^-1`. Diese Form ist ggf. einfacher in den Taschenrechner einzugeben.

Gemischte Schaltungen

Bei Schaltungen wo Widerstände in seriellen und parallelen Verdrahtungen vorkommen, muss die Schaltung in Teilstücke aufgeteilt werden die nur seriell oder parallel sind. Für ein Beispiel, siehe Frage 1.15

Siehe auch: Spannungsteiler