Theoretische Grundlagen und ihre Anwendung zur Analyse elektrotechnischer Prozesse
Theoretische Grundlagen der Elektrotechnik
und ihre Anwendung zur
Analyse elektrotechnischer Prozesse
Technische Universität Hamburg-Harburg
Institut G3
Lehrveranstaltung:
Einführung in die Elektrotechnik
Dr. Erich Boeck
Theoretische Grundlagen und ihre Anwendung zur Analyse elektrotechnischer Prozesse
1. Einleitung – Analyse Elektrotechnischer Prozesse
–
Jeder Arbeitsprozess ist eine interdisziplinäre Tätigkeit.
–
Eine Analyse der elektrotechnischen Arbeit orientiert an den
Leistungen/Dienstleitungen für die Kunden ergibt eine Systematik zur
Einteilung in Handlungsfelder und Lernfelder für den Unterricht.
– Elektrotechnische Fragestellungen können nicht auf
Informationssammlungen für die Arbeit reduziert werden, sie
benötigen ein Aktives Wissen.
Aktives Wissen
 erlaubt ein Denken, das zum Verständnis, zur Fähigkeit einer
Bewertung mit Hilfe der betreffenden elektrotechnischen Begriffe
und Vorgänge führt (Verständnis der inneren Logik der Theorie),
sowie
 ermöglicht ein Verstehen der notwendigen Zusammenhänge mit
der Praxis (Erfahrungen mit praktischen Messwerten).
Dr. Erich Boeck
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Theoretische Grundlagen und ihre Anwendung zur Analyse elektrotechnischer Prozesse
– Aktives Wissen ist anwendungsbereites Wissen
Anwendungsbereites Wissen befähigt zu
 bewusstem selbstgeführten praktischen Handeln sowie
 dem Erkennen und Nutzen vorhandener
Gestaltungsmöglichkeiten.
– Elektrotechnisches Fachwissen wird durch drei Besonderheiten
dieser Technik bestimmt
Unabhängig von den immer schnelleren Veränderungen der
Technologien sind Vorgänge und Prozesse der Elektrotechnik
grundsätzlich durch
 weitgehende Intransparenz, die nur punktuell durch Messmittel
aufgehoben werden kann,
 heute sogar noch stark zunehmende Komplexität und
 eine deutliche Eigendynamik gekennzeichnet.
Dr. Erich Boeck
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Theoretische Grundlagen und ihre Anwendung zur Analyse elektrotechnischer Prozesse
– Nur durch „elektrotechnische Denken“ gepaart mit der
Entwicklung der notwendigen Intuition kann Gestaltungsfähigkeit
(auf der Elektrotechnischen Ebene) realisiert werden.
– Komplexität wird immer individuell wahrgenommen. 
– Jeder muß seinen Weg finden, seine Intuition entwickeln.
Es muss gelingen, bei den Auszubildenden eine Akzeptanz des
interdisziplinären Charakters und der Notwendigkeit von aktivem
Wissen zu erreichen.
 Die Theorie muss eine Plausibilitätsebene besitzen, die
Anschaulichkeit, Verständlichkeit und Fantasie anspricht.
 Der Formalismus der Theorie muss für die Lernenden
handhabbar sein bzw. beim Umgang mit ihr werden.
 Bei der Vermittlung sind praktische Konsequenzen und
Schlussfolgerungen aufzuzeigen.
 Die „Entfaltung“ für eine Anwendung muss selbst erlebt werden.
Dr. Erich Boeck
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Theoretische Grundlagen und ihre Anwendung zur Analyse elektrotechnischer Prozesse
– Zusätzliche Aspekte für Lehrerstudenten in Bezug auf ihre
eigene Tätigkeit:
 Wissen und das heutige Denken sind Teil unserer Kultur.
 Das Wissen, welches in Unterricht vermittelt wird, muss in die
Zusammenhänge des Fachgebietes eingebettet, bewertet und
didaktisch reduziert werden können.
 Die Fachliteratur muss ausgewertet, bewertet und zutreffende
Entwicklungen müssen umgesetzt werden können.
 Technische Lernumgebungen müssen geplant, entwickelt,
erprobt, realisiert und gewartet werden können.
– Mit elektrotechnischen Prozessen bezeichnen wir Vorgänge
und Abläufe in Systemen (Elemente, Geräte und Anlagen)
einschließlich ihrer Intransparenz, Komplexität und
Eigendynamik.
– Die Lehrveranstaltung ist für Studenten vorgesehen, die solche
Prozesse insbesondere analysieren, verstehen und bewerten
können müssen.
Dr. Erich Boeck
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Theoretische Grundlagen und ihre Anwendung zur Analyse elektrotechnischer Prozesse
2.
Einführung zu den Theoretische Grundlagen
–
–
–
–
Altertum: Bernstein, magn. Mineralien, Batterie von Bagdad
Coulomb
Faraday und Maxwell
Einstein
In der Elektrotechnik besteht die Möglichkeit Anschaulichkeit und
Plausibilität zu erreichen, indem die Begriffe konsequent aus
praktischen Beobachtungen (dem Experiment, den Messungen)
dargestellt werden und die Mathematik (!) „nur“ zur Formulierung
unserer Beobachtungen herangezogen wird.
Der Ausgangspunkt ist die Ladung Q als Naturgröße, sie
wurde vielfältig nachgewiesen (hat eigentlich Rang eines Axioms).
Q = N ∙ q0
Dr. Erich Boeck
dQ
ρ
dV
Q   ρ dV
V
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1. Die Verbindung einer Ladung mit der gleichen Größe an
Gegenladungen,
2. Eine in jedem Punkt des Raums zu jeder Zeit messbare
Kraftwirkung einer Ladung auf andere Ladungen und
3. Die Bewegung der Ladungen selbst.

– Das elektrostatische Feld. (aus 1. und 2.)
– Das elektrische Strömungsfeld. (aus 3.)
– Das Magnetfeld. (da 3. zu zusätzlichen Kraftwirkungen führt)
1. Einführung in die Elektrotechnik (Grundbegriffe, Schaltungen, Stromkreise
und Netzwerke)
2. Signalverarbeitung am Beispiel der Audiotechnik (Signale und deren Beschreibung, Halbleiter, analoge Schaltungen, Verstärker, Filter, Modulation)
3. Datenbearbeitung und -übertragung am Beispiel der Videotechnik (digitale
Signale, -Schaltungen, -Systeme, Signalwandlung, Codierung, Speicherung)
4. Antriebsprozesse und deren Steuerung (Wechselstromlehre, elektrische
Maschinen, deren Steuerung sowie Leistungselektronik)
Dr. Erich Boeck
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Analyse Elektrotechnischer Prozesse