2 Zahlen, bitte: Ein paar Mathe-Grundlagen

18

2.1 Rechengesetze

19

2.2 Einheiten und Vorsilben

21

2.3 Gleichungen

23

2.4 Funktionsgraphen in kartesischen Koordinaten

27

2.5 Differenzialrechnung

31

Partielle Ableitungen

35

2.6 Integralrechnung

36

Differenzialgleichung erster Ordnung

40

2.7 Koordinatensysteme und Vektoren

41

Mehrdimensionale Analysis

46

2.8 Trigonometrie und komplexe Zahlen

47

Komplexe Zahlen und Euler-Gleichung

50

2.9 Entspannungsübungen

54

2.10 Lösungen

55

3 Voll geladen: Von Coulomb zum Kondensator

60

3.1 Ladungen und Coulomb-Kraft

61

Elektronen & Co.

61

Die Coulomb-Kraft

63

3.2 Potenzial und elektrostatisches Feld

66

3.3 Plattenkondensator und Kapazität

72

Kondensatoren in der Elektrotechnik

75

Elektrische Energie

76

3.4 Entspannungsübungen

77

3.5 Lösungen

78

4 Das Kribbeln beginnt: Von Spannung und Strom

82

4.1 Spannung verursacht Strom

83

Reihen- und Parallelschaltung

85

4.2 Widerstand und ohmsches Gesetz

86

Stromdichte

89

Variable Widerstände

90

4.3 Kirchhoffsche Regeln und Spannungsteiler

91

Beispiel: Parallelschaltung von Widerständen

92

Beispiel: Spannungsteiler

93

4.4 Halbleiter

95

Transistoren

99

4.5 Optoelektronik

103

Detektoren

105

Solarzellen

107

4.6 Messgeräte

107

Leistungsmessung

108

Wechselstromleistung

110

4.7 Entspannungsübungen

111

4.8 Lösungen

113

5 Echt anziehend: Magnetfeld und Lorentzkraft

116

5.1 Physikalische Grundlagen

117

5.2 Lorentzkraft

122

5.3 Maxwell-Gleichungen

128

5.4 Entspannungsübungen

130

5.5 Lösungen

131

6 Aufgerollt: Spule und Induktion

134

6.1 Induktion und lenzsche Regel

135

Lenzsche Regel

137

6.2 Induzierte Wirbelströme

138

6.3 Transformator

140

Hysterese

142

6.4 Selbstinduktion

143

6.5 Dämpfung durch Induktivität

145

6.6 Spulen in Schaltungen

146

6.7 Entspannungsübungen

148

6.8 Lösungen

149

7 Messen – Steuern – Regeln

152

7.1 Wer misst, misst Mist

153

Systematische Fehler

157

7.2 Multimeter

159

7.3 Oszilloskop

162

7.4 Biosensoren

167

7.5 Steuer- und Regelkreise

168

7.6 Entspannungsübungen

171

7.7 Lösungen

172

8 Harmonisch: Schwingkreis und Resonanz

176

8.1 Hin und her im Schwingkreis

177

Gedämpfte Schwingungen

179

Kriechfall

180

8.2 Praktische Anwendungen für Schwingkreise

183

8.3 Radio Ga Ga

186

8.4 Entspannungsübungen

189

8.5 Lösungen

190

9 Aus der Steckdose: Hoch- und Wechselspannung

192

9.1 Wechselstrom

193

9.2 Drehstrom

198

9.3 Netzbrummen und andere Störungen

199

9.4 AC/DC

201

9.5 DC/AC

203

9.6 Entspannungsübungen

205

9.7 Lösungen

205

10 In Bewegung: Motoren und Generatoren

208

10.1 Motor ist nicht gleich Motor

209

10.2 Drehstrommotoren

220

10.3 Generatorprinzip

223

10.4 Entspannungsübungen

229

10.5 Lösungen

229

11 An oder aus: Digitale Schaltkreise

230

11.1 Boolesche Logik

231

NICHT/NOT

231

UND/AND

232

ODER/OR

233

EXKLUSIV ODER/XOR

233

11.2 Logikbausteine

234

NAND-Gate

237

11.3 Schaltungen mit Gattern & Co.

238

11.4 Entspannungsübungen

251

11.5 Lösungen

251

12 Vom NAND zum Prozessor

256

12.1 Aufbau eines Mikroprozessors

257

12.2 Klein, aber oho: Raspberry Pi

268

12.3 Hallo, ist da jemand?

276

12.4 Entspannungsübungen

286

12.5 Lösungen

286

13 Klein, billig, überall drin: Mikrocontroller

290

13.1 Über Mikrocontroller

291

Beispiel: STM8

291

Beispiel: ESP32

296

Beispiel: Raspberry Pi Pico

297

Beispiel: Arduino

299

13.2 C mit dem Arduino

301

Beispiel: Das SSD1306-Display über I2C anschließen

304

13.3 Entspannungsübungen

319

13.4 Lösungen

319

14 Smart Home: Ein Profi-Projekt

324

14.1 Anforderungen und Planung

325

Ziele formulieren

325

Lösungswege ermitteln

325

Lösungswege bewerten und entscheiden

327

Ressourcenplanung

330

Kostenplanung

331

Risikoanalyse/-management

332

Qualitätsstandards

332

Qualitätssicherung

333

Abnahmekriterien

333

Dokumentation

333

14.2 Schrittweise Entwicklung

334

Beispiel: Raspberry Pi Pico und MicroPython

335

Beispiel: WLAN-Anmeldung mit MicroPython

338

Beispiel: Einfacher Webserver mit MicroPython

339