Die Fragen verbinden Feldbegriffe mit Rechnungen zu Wellen, Wechselspannung und Wirkleistung. Ein sicherer Lösungsweg beginnt mit dem physikalischen Modell und prüft anschließend Einheit, Richtung der Abhängigkeit und Größenordnung.
Die tragenden Beziehungen
| Bereich | Methode |
|---|---|
| Elektrisches Feld | E = U/d. Vor dem Teilen muss der Abstand in Meter stehen; bei einer Durchschlagsfestigkeit wird Feldstärke mit Dicke multipliziert. |
| Magnetisches Feld | Gleichstrom im geraden Leiter erzeugt umlaufende Feldlinien. In einer langen Spule überlagern sich die Beiträge im Inneren annähernd gleichmäßig. |
| Freiraumwelle | f · λ = c. Praktisch gilt bei f in MHz und λ in m: f · λ ≈ 300. Größere Frequenz bedeutet kleinere Wellenlänge. |
| Zeit und Frequenz | f = 1/T. Mikrosekunden werden vor der Kehrwertbildung zu 10-6 s, Millisekunden zu 10-3 s. |
| Sinusspannung | USpitze = √2 · Ueff; Uss = 2 · USpitze. Effektivwerte erzeugen am Wirkwiderstand dieselbe Wärmeleistung wie entsprechende Gleichwerte. |
| Ohmsche Leistung | P = U2/R = I2 · R. Beim Umstellen bleiben Quadrat und Wurzel erhalten; technische Grenzwerte sind einzeln zu berechnen. |
Die Polarisation einer Welle wird durch die Richtung und den zeitlichen Verlauf ihres elektrischen Feldvektors beschrieben. Im ungestörten Fernfeld stehen E-Feld, H-Feld und Ausbreitungsrichtung jeweils rechtwinklig zueinander; elektrische und magnetische Komponente breiten sich gekoppelt aus. Ein veränderlicher Leiterstrom kann diese gekoppelten Felder erzeugen, während ein konstanter Strom lediglich ein statisches Magnetfeld hervorruft.
Bei Bauteilgrenzen gilt immer der strengere Wert. Für einen Widerstand liefern Belastbarkeit und Widerstand U = √(P · R); dieses Ergebnis wird zusätzlich mit der angegebenen Spannungsfestigkeit verglichen. Analog ergibt sich I = √(P/R). Bei mehreren gleich belasteten Parallelwiderständen können sich die zulässigen Einzelleistungen addieren. Mittlere Sendeleistung betrachtet ein ausreichend langes Zeitfenster; PEP bezieht sich dagegen auf eine Hochfrequenzperiode am höchsten Punkt der Modulationshüllkurve und einen reellen Abschluss.
Typische Fehlwege
- Zentimeter unverändert in eine Feldformel mit V/m einsetzen. Dadurch entsteht ein Zehnerpotenzfehler; erst die Längeneinheit an die Feldstärke anpassen.
- Ein leitfähiges Metall im hochfrequenten Spulenfeld als ferromagnetisch oder völlig wirkungslos ansehen. Wirbelströme und Skineffekt verdrängen das Feld und verkleinern seinen wirksamen Querschnitt; Eisen ist bei Raumtemperatur das typische ferromagnetische Material.
- Frequenz und Wellenlänge in dieselbe Richtung verändern. Ihr Produkt bleibt im Freiraum konstant, daher muss eine Größe sinken, wenn die andere steigt.
- Beim Kehrwert den Vorsatz vergessen. Eine zehnmal längere Periode bedeutet eine zehnmal kleinere Frequenz, nicht nur eine andere Einheitenschreibweise.
- Effektivwert, Spitzenwert und Spitze-Spitze-Wert direkt verdoppeln oder halbieren. Beim Sinus liegt zwischen Effektiv- und Spitzenwert der Faktor √2; nur die beiden Scheitel sind durch den Faktor zwei verbunden.
- Leistung linear aus U/R oder I · R ableiten und nur eine Nennangabe prüfen. Die Leistungsformeln enthalten Quadrate, und eine niedrigere rechnerische Grenze bleibt maßgeblich, auch wenn die andere Spezifikation einen höheren Wert erlaubt.
Jetzt anwenden
Ein Kondensator in einer Senderendstufe hat eine 0,15 mm starke PTFE-Folie als Dielektrikum. Die Durchschlagsfestigkeit von PTFE beträgt ca. 400 kV/cm. Wie groß wäre die maximale Spannung, die an den Kondensator angelegt werden kann, ohne dass die Folie durchschlagen wird?
- 6 kV
- 60 kV
- 26 V
- 2,6 kV
Die Polarisation einer elektromagnetischen Welle ist durch die Richtung ...
- des unmittelbaren Nahfeldes (-Bereich) bestimmt.
- des elektrischen Feldes (Vektor des E-Feldes) bestimmt.
- des magnetischen Nordpols (relativ zur Antenne) bestimmt.
- der Ausbreitung (S-Vektor/Poynting-Vektor) bestimmt.
Ein Widerstand von 100 kOhm hat eine maximale Spannungsfestigkeit von 1000 V und eine maximale Belastbarkeit von 6 W. Welche Gleichspannung darf höchstens an den Widerstand angelegt werden ohne ihn zu überlasten?
- 0,07 kV
- 1,00 kV
- 775 V
- 100 V