Grundlagen der Elektrotechnik I für Informatik

1. Grundlagen der Elektrotechnik I für Informatik 1 • Vorlesung: 16.10.2007 Do. 8:15 – 9:45, Uhr R. 1603 (Hörsaal) • Dr. Klaus MayerE-Mail: kmayer@uni-kassel.deTel.: 0561 804 6427; Fax: 0561 804 6489URL: http://www.tet.e-technik.uni-kassel.de • Universität KasselFB16: Elektrotechnik / InformatikFG TET: Theoretische ElektrotechnikBüro: Wilhelmshöher Allee 71, Raum 2114D-34121 Kassel

2. Grundlagen der Elektrotechnik I für Informatik 2 • Vorlesung: Do. 08:15 – 9:45, Uhr R. 1603 (Hörsaal) • Übung: Mo. 08:15 - 9:00 Uhr, R. 0446 Mo. 09:15 -10:00 Uhr, R. 0446 Dr. Oliver Haas • Tutorium: Do. 14:00 - 16:00 Uhr R. 1332 Do. 16:00 - 18:00 Uhr R. 2104 Dr. Oliver Haas / Dipl. Ing. Gregor Ballier Dipl. Ing. Yanna Mikhlina

3. Grundlagen der Elektrotechnik I Skript 3 • Quellen: H. Clausert, G. Wiesemann, Grundgebiete der Elektrotechnik, 9. Auflage, Bd. I, Oldenburg Verlag, München Wien R. Marklein, Skript zur Vorlesung GET I, Universität Kassel, 2006 L. Brabetz: Skript zur Vorlesung GET I, Universität Kassel, 2007 S. Heier: Skript zur Vorlesung GET I, (Inf, Mech, Wir) 2006 • Legende: Text:Lehrinhalte und Erläuterungen Gleichungen:Grundlegende BeziehungenNummerierung entsprechend CW Bilder:Quellenangabe oder bei Nummerierung, CW Text:Beispiele und Übungen Gleichungen:Ergebnis für ein Beispiel oder eine Übung Gleichungen:Wiederholung

4. Die GET I- und GET II-Vorlesung baut auf den folgenden Lehrbüchern auf: 4 Clausert, H. und G. Wiesemann [CW, Band I]: Grundgebiete der Elektrotechnik I. Gleichstromnetze, Operationsverstärkerschaltungen, elektrische und magnetische Felder. 9. durchgesehene Auflage, R. Oldenbourg Verlag, München, 2004. 263 S., Broschur, (EUR) € 24.80, ISBN 3-486-27575-5 Clausert, H. und G. Wiesemann [CW, Band II]: Grundgebiete der Elektrotechnik II. Wechselströme, Drehstrom, Leitungen, Anwendungen der Fourier-, der Laplace- und der Z-Transformation. 9. durchgesehene Auflage, R. Oldenbourg Verlag, München, 2005. 344 S., Broschur, (EUR) € 34.80, ISBN 3-486-27582-8

5. Weitere Literaturempfehlung … 5 Albach, Manfred: Grundlagen der Elektrotechnik 2. Periodische und nicht periodische Signalformen. Pearson Studium, München, 2005. 272 S Gebunden, (EUR) € 29,95, ISBN 3-8273-7108-2 Albach, Manfred: Grundlagen der Elektrotechnik 1. Erfahrungssätze, Bauelemente, Gleichstromschaltungen. Pearson Studium, München, 2004. 304 S., Gebunden, (EUR) € 29,95, ISBN 3-8273-7106-6

6. Weitere Literaturempfehlung … 6 Hagmann, Gert: Grundlagen der Elektrotechnik. 11 Aufl., AULA-Verlag, Wiebelsheim, 2005. 398 Seiten, bunden, (EUR) € 19,80, ISBN 3-8910-4687-1 Hagmann, Gert: Aufgabensammlung zu den Grundlagen der Elektrotechnik. Mit Lösungen und ausführlichen Lösungswegen. 11 Aufl., AULA-Verlag, Wiebelsheim, 2005. 394 Seiten, (EUR) € 19,80, ISBN 3-8910-4679-0

7. Warum sind Sie/Wir hier? 7 • Kompetenzen von Morgen • Ingenieure: • Sie entwerfen Schaltungen, • entwickeln die Hard- und Software elektronischer Geräte, • sind für die Automatisierung von Kraftfahrzeugen oder Großkraftwerken zuständig, • konzipieren und realisieren Computernetze oder sorgen für sichere Verbindungen im Internet. • Bedarf: • Der Aufschwung in der Branche führt dazu, dass der Bedarf an qualifizierten Nachwuchskräften die Zahl der Absolventen bei weitem übersteigt. Die Berufsaussichten für heutige Studieneinsteiger sind ausgezeichnet. • Beispiel: von der WWW-Seite des VDE (Der VDE ist der Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik, ihrer Wissenschaften, der darauf aufbauenden Technologien und Anwendungen) VDE / HSS - Jugendforum – Systems 26.10.2007]Die Zahl der Ingenieure in Deutschland reicht nicht mehr aus, um die Produkte der Zukunft zu entwickeln! Daher will das Jugendforum 2007 junge Menschen aufrufen, in die attraktiven und aussichtsreichen technischen Berufe einzusteigen.

8. Warum sind Sie/Wir hier? 8 Elektroingenieure arbeiten im Vergleich zu Ingenieuren anderer Fachrichtungen bedeutend häufiger im Bereich Forschung und Entwicklung – ein Trend mit steigender Tendenz. Mit ebenso steigender Tendenz werden Elektroingenieure für den Marketing- und Vertriebsbereich eingestellt..(Quelle: Fachschaft Elektro- Informationstechnik, Uni-Karsruhe)

9. (Technische) Informatik – Ihr Arbeitsfeld • Die Informationstechnik hat die Welt in wenigen Jahren verändert und wird sie weiter verändern. Dabei werden die Rechnersysteme immer komplexer und greifen in alle Lebensbereiche ein. • In der Industrie reichen die Anwendungen von der Steuerung einzelner Maschinen bis zu computerintegrierter Fertigung und zu Leitsystemen für umfangreiche Prozesse. Vernetze Bordrechnerstrukturen gehören bei Zügen und Flugzeugen inzwischen zum Standard, Sie kennen sie möglicherweise auch bereits aus dem eigenen Auto oder dem Ihrer Eltern. • Mit Mobiltelefon und MP3-Player prägt die Kommunikationstechnik unseren Alltag und kaum noch ein Arbeitsplatz kommt ohne Computer aus.

10. Aber je komplexer die Technik wird, desto schwerer fällt der Überblick, wie sie funktioniert und welche Auswirkungen sie jeweils für den Menschen hat. Damit Systeme betriebssicher und effektiv bleiben, müssen Entwurfsverfahren angewendet werden, die die Hardwareseite ebenso berücksichtigen wie die Software. • Als Ingenieurin oder Ingenieur brauchen Sie dafür einen Gesamtüberblick. Sie müssen mit der Elektrotechnik vertraut sein und zugleich die Informatik verstehen, um zum Beispiel entscheiden zu können, welche Teile eines Systems günstiger als Hard- und welche besser als Softwarekomponente ausgeführt werden sollten

11. Die Praxis zeigt, dass es nicht ausreicht, nach einem abgeschlossenen Elektrotechnikstudium einfach programmieren zu lernen. Denn im Studium der Elektrotechnik fehlen Grundlagen der diskreten Mathematik und Kenntnisse diskreter Strukturen mit den zugehörigen Algorithmen und es fehlt die Erfahrung, wie man komplexe Systeme entwirft. • Ebenso wenig reicht es andererseits aus, wenn man Informatik studiert hat, einfach einen Kurs über Elektronik zu belegen. Im Studium der Informatik fehlen Teile der Ingenieurmathematik, die für die Modellbildung wesentlich sind, wie z. B. die Theorie der Differentialgleichungen und Integraltransformationen, Teile der angewandten Physik sowie ein systemtheoretisches Verständnis der Elektrotechnik.

12. Projektion auf den Fachbereich (FB16) Elektrotechnik / Informatik Anwendungen Grundlagen Ingenieur Wissenschaften Elektrochemie Kommunikation z.B. Chemie Energie Elektrotechnik Elektrotechnik Physik Mobilität Mechatronik Maschinenbau Datenverarbeitung Mathematik Maschinen Informatik Medizin Datenbanken Datenerfassung Digitaltechnik Fertigung Eingebettete Systeme Kommunikationstechnik … Neuronale Netze Programmierspachen/-methodik Rechnerarchitektur + Sys..Prog Software Engineering Technische Informatik Verteilte Systeme Wissensverarbeitung 12

13. GET I – Mechatronik / Wirtschaftsingenieurwesen – Übersicht 13 • 0. Einheiten und Gleichungen • 1. Grundlegende Begriffe • 2. Berechnung von Strömen und Spannungen in elektrischen Netzen • 3. Elektrostatische Felder • 4. Stationäre elektrische Strömungsfelder • 5. Stationäre Magnetfelder • 6. Zeitlich veränderliche magnetische Felder

14. GET II – Mechatronik/Wirtschaftsingenieurwesen – Übersicht 14 • 7. Wechselstromlehre • komplexe Rechnung, Schaltungen mit R,L und C Bauelementen, Schwingkreise • 8. Mehrphasensysteme • Drehstrom • 11. Nichtsinusförmige Vorgänge • Fourier-Reihen, Fourier-Transformation, Abtastung

15. 2. Berechnung von Strömen und Spannungen in elektrischen Netzen 15 Übersicht

16. 3. Elektrostatische Felder 16 Skalarfeld:Elektrostatisches Potenzial(2D-Darstellung) Geometrie des parallelen Plattenkondensators Übersicht

17. 3. Elektrostatische Felder 17 Vektorfeld:Elektrostatische Feldstärke(2D-Darstellung) Geometrie des parallelen Plattenkondensators Übersicht

18. 5. Stationäre Magnetfelder Erde Bild 5.1. Magnetnadel richtet sich im Erdmagnetfeld (vgl. Bild 5.1. in Clausert & Wiesemann [2005, S. 211]) 18 Übersicht