Theorie und Geschichte der Elektrotechnik

Die Elektrotechnik ist eine Ingenieurwissenschaft. In der Elektrotechnik wird die technische Anwendung der Elektrizität erforscht bzw. umgesetzt. So befasst sich die Elektrotechnik, unter anderem, mit der Energieerzeugung (Energietechnik), elektromagnetischen Informationsübertragung (Nachrichtentechnik). Die Elektrotechnik entwickelt (elektronische) Bauteile und Schaltungen, welche in der Steuer-, Regel-, Mess- und Computertechnik ihre Anwendung finden. Eine wichtige Rolle in der Elektrotechnik spielt die Informatik, da viele reale Bauteile und Schaltungen (Schützschaltung, IC-Bausteine, u.a.), virtuell erzeugt werden. Aufgabengebiete
Die klassische Einteilung der Elektrotechnik war die Starkstromtechnik und Schwachstromtechnik. Mit der Zeit ist diese eindeutige Einteilung jedoch etwas verschwommen, gleichzeitig haben sich neue Gebiete entwickelt. Die Elektrotechnik lässt sich heute in die Bereiche Energietechnik, Antriebstechnik, Nachrichtentechnik, Elektronik, Automatisierungstechnik und theoretische Elektrotechnik einteilen, wobei die Grenzen zwischen den einzelnen Bereichen fließend sind. Energietechnik
Die Energietechnik (früher Starkstromtechnik) befasst sich mit der Erzeugung und Übertragung elektrischer Energie. Die elektrische Energie wird in den meisten Fällen durch Wandlung aus mechanisch/rotatorischer Energie durch Generatoren erzeugt. Zum klassischen Bereich der Starkstromtechnik gehört außerdem der Bereich der Verbraucher elektrischer Energie, die Antriebstechnik. Antriebstechnik
Die Antriebstechnik setzt elektrische Energie durch elektrische Maschinen, in mechanische Energie um. Die klassischen Maschinen sind die Synchron-, die Asynchron- und die Gleichstrommaschine, wobei es vor allem im Bereich der Kleinantriebe viele weitere Typen gibt. Neuer ist die Entwicklung der Linearmotoren, die die elektrische Energie direkt in mechanisch/lineare Bewegung umsetzen, ohne den “Umweg” über eine Rotationsbewegung. Die Antriebstechnik spielt eine große Rolle in der Automatisierungstechnik, da hier oft eine Vielzahl von Bewegungen mit elektrischen Antrieben realisiert werden. Genauso spielt die Elektronik in der Antriebstechnik eine große Rolle, zum einen für die Steuerung und Regelung der Antriebe, zum anderen werden Antriebe oft durch Leistungselektroniken mit elektrischer Energie versorgt. Nachrichtentechnik
Mit Hilfe der Nachrichtentechnik, auch Informations- und Kommunikationstechnik (früher Schwachstromtechnik) werden mittels elektrischer Impulse oder elektromagnetischer Wellen Informationen von einer Informationsquelle (dem Sender) zu einem oder mehreren Empfängern (der Informationssenke) übertragen. Dabei kommt es darauf an, die Informationen verlustfrei zu übertragen. Ein wichtiger Aspekt der Nachrichtentechnik ist die Signalverarbeitung, z. B. mittels Filterung, Codierung oder Decodierung. Elektronik
Die Elektronik befasst sich mit der Entwicklung und Fertigung von elektronischen Bauelementen wie zum Beispiel Kondensatoren und Spulen oder Halbleiterbauelementen wie Dioden und Transistoren. Die Mikroelektronik beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung integrierter Schaltkreise (ICs) aus Halbleiterelementen, zum Beispiel Prozessoren. Die Entwicklung der Leistungshalbleiter (Leistungselektronik) spielt in der Antriebstechnik eine immer größer werdende Rolle, da Frequenzumrichter die elektrische Energie wesentlich flexibler bereitstellen können, als dies beispielweise mit Transformatoren möglich ist. Die Digitaltechnik lässt sich in soweit der Elektronik zuordnen, als dass die klassische Logigschaltung aus Transistoren aufgebaut ist. Andererseits ist die Digitaltechnik auch Grundlage vieler Steuerungen und damit der Automatisierungstechnik verbunden. Die Theorie ließe sich auch der theoretischen Elektrotechnik zuordnen. Automatisierungstechnik
In der Automatisierungstechnik wird mit Hilfe der Erkenntnisse aus der Steuerungs- und Regelungs- und Digitaltechnik, ein oder mehrere manuelle Arbeitsschritte automatisiert bzw. überwacht. Eine praktische Anwendung aus der Automatisierungstechnik ist zum Beispiel die Steuerung von Robotern aus dem Maschinenbau mittels speicherprogrammierbare Steuerungen. Theoretische Elektrotechnik
Die Basis der Theorie und Bindeglied zur Physik der Elektrotechnik sind die Erkenntnisse aus der Elektrizitätslehre. Die Theorie der Schaltungen befasst sich mit der Methoden Analyse von Schaltungen aus passiven Bauelementen. Auf den Maxwellschen Gleichungen aufgebaut ist die Theorie der Felder und Wellen. Geschichte der Elektrotechnik
Die Anfänge der Elektrotechnik sind sicher in der Physik zu suchen aus der sie sich aber spätestens zur Zeit von Thomas Alva Edison und Werner von Siemens zu einer eigenen Disziplin entwickelt hat. Im Anfang standen Entdeckungen rund um die Elektrizität. 1752 erfand Benjamin Franklin den Blitzableiter und veröffentlichte 1751-53 die Resultate seiner ‚Experiments and Observations on Electricity’. 1792 machte Luigi Galvani sein legendäres Froschschenkel-Experiment. Von diesen Experimenten angeregt baute Alessandro Volta um 1800 die so genannte voltasche Säule, eine erste funktionierende Batterie. 1820 machte Hans Christian Oersteds Versuche zur Ablenkung einer Magnetnadel durch elektrischen Strom. André-Marie Ampère führte diese Experimente weiter, und wies 1820 nach, dass zwei stromdurchflossene Leiter eine Kraft aufeinander ausüben. Ampère erklärte den Begriff der elektrischen Spannung und des elektrischen Stromes und legte die Stromrichtung fest. Faraday leiste einen großen Beitrag auf dem Gebiet der elektrischen und magnetischen Felder, von ihm stammt auch der Begriff der “Feldlinie”. Die Erkenntnisse Faradays waren die Grundlage für James Clerk Maxwells Arbeiten. Er vervollständigte die Theorie des Elektromagnetismus zur Elektrodynamik, und deren mathematische Formulierung. Die Quintessenz seiner Arbeit, die Maxwellschen Gleichungen sind eine der grundlegenden Theorien in der Elektrotechnik. Sie sagte z. B. die Existenz elektromagnetischer Wellen voraus, deren Existenz später durch Experimente von Heinrich Rudolf Hertz bestätigt wurden und die die Grundlage jeder Funkübertragung sind. Zu den Wegbereitern der “Starkstromtechnik” gehört Werner von Siemens, der 1866 das dynamoelektrische Prinzip entdeckte, und daraus den elektrischen Generator entwickelte. Elektrischer Strom war das erste Mal in großer nutzbarer Menge vorhanden. 1879 erfand Thomas Alva Edison die Kohlefaden Glühbirne und damit das elektrische Licht. In der Folge hielt Elektrizität Einzug in immer größere Bereiche des Lebens. Zur gleichen Zeit wirkte Nikola Tesla, er erwarb sich seine Meriten in der technischen Anwendung des Wechselstromes. Heinrich Rudolf Hertz gelang 1884 der experimentelle Nachweis der Maxwellschen Gleichungen. Er wies die Existenz elektromagnetischer Wellen nach und ist somit der Begründer der drahtlosen Informationsübertragung und damit der Nachrichtentechnik. Die Erfindung des Transistors und der gesamten Halbleitertechnologie erschloss der Elektrotechnik sehr weite Anwendungsgebiete, da nun vielerlei Geräte sehr kompakt gebaut werden konnten. Ein weiterer wesentlicher Schritt in diese Richtung war die Entwicklung der Mikrointegration, der Integrierten Schaltkreise (IC) und damit letztlich der heutigen Prozessorchips.

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Info 18.01.2018 05:04
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