Ziel des Kurses ist es, den Studierenden eine Einführung in die Grundlagen der Elektrotechnik anzubieten. Hierzu werden anfangs die elementaren Begriffe der Elektrotechnik eingeführt.

Es folgen umfassende Themenblöcke zur Analyse von Gleichstromnetzwerken. Dazu werden zunächst die grundlegenden Bauteile Strom- und Spannungsquellen sowie Ohm’sche Widerstände hinsichtlich ihrer wesentlichen Eigenschaften behandelt. Darauf aufbauend werden Methoden zur Berechnung der entsprechenden Netzwerke eingeführt, welche ausgehend von den Kirchhoff’schen Gesetzen die Verknüpfung Ohm’scher Widerstände, Maschenstrom- und Knotenpotentialverfahren sowie die fortgeschrittenen Verfahren zur Netzwerkanalyse Superpositionsverfahren und Zweipoltheorie behandeln.

1. Grunddefinitionen der Elektrotechnik
   1. Ladung
   2. Elektrische Felder, Potential und Spannung
   3. Strom
   4. Widerstand und Leitwert
   5. Elektrische Energie und Leistung
2. Spannungs- und Stromquellen
   1. Reale und ideale Quellen
   2. Umwandlung von Quellen
   3. Wirkungsgrad und Messen der Leistung
   4. Leistungsanpassung
   5. Abhängige Quellen
3. Die Kirchhoff’schen Gesetze
   1. Zählpfeilsysteme
   2. Knotenregel
   3. Maschenregel
4. Verknüpfung Ohm’scher Widerstände
   1. Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen
   2. Spannungsteiler- und Stromteilerregel
   3. Stern-Dreiecks-Umwandlung
   4. Kompensationsschaltungen
   5. Wheatstone’sche Messbrücke
5. Nichtlineare Widerstände
   1. Varistoren
   2. Thermistoren
   3. Anwendung von Widerständen zur Temperaturmessung
6. Maschenstrom- und Knotenpotentialverfahren
   1. Matrix-Schreibweise zur Analyse von Gleichstromnetzwerken
   2. Maschenstromverfahren
   3. Knotenpotentialverfahren
   4. Beispiele
7. Fortgeschrittene Verfahren zur Netzwerkanalyse
   1. Superpositionsverfahren
   2. Zweipoltheorie
   3. Beispiele

Elektrische Felder und Wechselstromtechnik sind grundlegende Themen in der Elektrotechnik. Sie vermitteln die notwendigen Konzepte für das Verständnis, die Analyse und den Entwurf einer Vielzahl von elektrischen Systemen, von einfachen Schaltungen bis hin zu komplexen Netzwerken. Sie sind auch ein wesentlicher Bestandteil des Studiums fortgeschrittener Themen in elektromagnetischer Theorie und Energietechnik, sowie Mikroelektronik. Um dieses Ziel zu erreichen, bietet dieser Kurs eine gründliche Behandlung des Themas, ausgehend von grundlegenden Konzepten der elektrischen Felder, Kondensatoren und Spulen, sowie eine detaillierte Diskussion von Wechselstromschaltungen bis hin zur dynamischen Prozess- und Vierpoltheorie.

1. Kondensatoren und Spulen
   1. Das elektrostatische Feld
   2. Ladung, Spannung und Kapazität
   3. Verschiebungsstrom im Kondensator
   4. Das magnetische Feld
   5. Spulen, Induktion und Gegeninduktion
2. Wechselgrößen und sinusförmige Wechselgrößen
   1. Definitionen
   2. Die sinusförmige Quelle
   3. RL Schaltung mit einer Sinusquelle
   4. RC Schaltung mit einer Sinusquelle
   5. RLC Schaltung mit einer Sinusquelle
3. Phasoren und komplexe Darstellung
   1. Vereinfachung von Rechnungen
   2. Effektivwerte
   3. Laplace Transformation und die Frequenzdomäne
   4. Rechnung mit komplexen Größen und Phasoren
   5. Wechselstromwiderstände
4. Schaltungsanalyse im Wechselstrom
   1. Ohm’sches Gesetz und Kirchhoff’sche Regeln
   2. Reihenschaltung und Parallelschaltung
   3. Stern-Dreieck Transformation
   4. Knotenpotentialverfahren
   5. Maschenstromverfahren
5. Filter
   1. Definition frequenzselektiver Schaltungen
   2. Tiefpassfilter
   3. Hochpassfilter
   4. Bandpassfilter und Bandsperren
   5. Filter höherer Ordnung
6. Die Leistung im Wechselstromkreis
   1. Grundlegende Konzepte
   2. Augenblickleistung, Wirkleistung, Blindleistung und Scheinleistung
   3. Die komplexe Leistung
   4. Blindleistungskompensation
   5. Wirkungsgrad und Anpassung
7. Der Transformator
   1. Einführung und Wirkungsweise
   2. Transformatorgleichungen
   3. Ersatzschaltbilder und Messung von Ersatzschaltbildgrößen
   4. Frequenzverhalten
8. Mehrphasensysteme
   1. Die m-Phasensysteme
   2. Symmetrisch verkettete Dreiphasensysteme
   3. Unsymmetrisch verkettete Dreiphasensysteme
   4. Leistung im Mehrphasensystem
9. Ausgleichsvorgänge in linearen Netzen
   1. Sprungantwort von RL, RC, und RLC Schaltungen
   2. Behandlung von Ausgleichsvorgängen
   3. Berechnung mittels Differentialgleichungen
   4. Berechnung mittels Laplace-Transformation
   5. Die Übertragungsfunktion
10. Vierpoltheorie
    1. Grundlagen
    2. Gleichungen, Parameter und Ersatzschaltungen
    3. Verschiedene Arten von Vierpolen
    4. Leistungsverstärkung und Dämpfung
    5. Zusammenschalten zweier Vierpole

Kenntnisse zu elektrischen Antriebs- und Energieerzeugungskomponenten gehören zur Grundqualifikation von Elektrotechnik-Ingenieuren. Diese umfassen unter anderem die Fähigkeit zur Berechnung des Verhaltens von Motoren und Generatoren im stationären Betrieb. Diese Grundlagen werden in vielen Berufsfeldern benötigt, beispielsweise in der Energietechnik, in der Antriebstechnik oder auch in der Mechatronik bzw. Robotik. Zudem bauen weitere Veranstaltungen auf diesen Grundlagen auf, beispielsweise die elektrische Antriebstechnik. Kenntnisse der elektrischen Maschinen und Energietechnik sind somit ein Werkzeug, das beherrscht werden sollte, um der Ausbildung eines Elektrotechnik-Ingenieuren zu genügen. Die Inhalte des Moduls fokussieren sich daher auf die verschiedenen Arten und Betriebsweisen elektrischer Maschinen.

1. Grundlagen elektrischer Maschinen und Energietechnik
   1. Energiebedarf und Energiedeckung
   2. Erzeugung von Energie
   3. Drehstromnetze
   4. Energieübertragung
2. Gleichstrommaschinen
   1. Aufbau und Bauteile
   2. Luftspaltfeld und Drehmoment
   3. Reihenschlussmaschine
   4. Nebenschlussmaschine
   5. Bürstenloser Gleichstrommotor
3. Transformator
   1. Idealer Transformator
   2. Realer Transformator
   3. Zeigerdiagramme
4. Drehstromasynchronmaschine
   1. Aufbau und Bauteile
   2. Drehfeld, Spannungsinduktion und Drehmoment
   3. Kennlinien
   4. Motor- und Generatorbetrieb
5. Drehstromsynchronmaschine
   1. Aufbau und Bauteile
   2. Vollpolmaschine
   3. Motor- und Generatorbetrieb
6. Überblick zu Stromrichtern
   1. Bauelemente für Stromrichter
   2. Fremdgeführte Stromrichter
   3. Selbstgeführte Stromrichter

Ziel des Kurses ist es, den Studierenden einen Überblick über Technologien der regenerativen Energie zu geben. Dabei wird zunächst thematisiert, wie Wärme mithilfe von Geothermie und Solarthermie gewonnen werden kann. Weiterhin werden die Grundlagen zur Energiegewinnung mit Windkraft, Wasserkraft und Solarenergie vorgestellt.

1. Grundbegriffe regenerativer Energie
   1. Technische Bewertungskriterien
   2. Energetische Bewertungskriterien
   3. Ökonomische Bewertungskriterien
   4. Potenziale und Verfügbarkeiten
2. Regenerative Stromerzeugung mit Solarstrahlung
   1. Solare Strahlung
   2. Geschichtliche Entwicklung
   3. Funktionsprinzip der Photovoltaik
   4. Auswirkungen auf das Stromsystem
3. Regenerative Stromerzeugung mit Wind- und Wasserkraft
   1. Windenergieanlagen
   2. Wasserkraftwerke
   3. Standortfaktoren für Windenergieanlagen und Wasserkraftwerke
4. Verwertung von Biomasse und Müll
   1. Biomasse
   2. Biogasanlagen
   3. Müllverbrennung
5. Regenerative Gewinnung von Wärme
   1. Solarthermie
   2. Geothermische Energie
   3. Geothermie
   4. Wärmepumpen
6. Politische Rahmenbedingungen regenerativer Energien
   1. Das EEG und weitere relevante Gesetze
   2. Gesetzliche Rahmenbedingungen für neue Windenergieanlagen
   3. Künftige Anforderungen an die Energiespeicherung und -erzeugung

Energie ist das Rückgrat oder vielmehr der Lebensnerv der modernen Gesellschaft. Da sie ein knappes Gut ist, muss sie bewirtschaftet werden. Somit stellen Erzeugung und Bereitstellung von Energie nicht nur technische, sondern auch äußerst wichtige wirtschaftliche Probleme dar. Um diesbezüglich den Wettbewerb in den einzelnen Wertschöpfungsstufen der Energiewirtschaft zu fördern, kommt der Entflechtung von Energieversorgungsunternehmen eine besondere Bedeutung zu. Dieser Kurs vermittelt die Grundlagen der Energiewirtschaft und stellt die erwähnte Verbindung zwischen technischen und wirtschaftlichen Aspekten her. Nach der Diskussion über Energiemärkte, Marktakteure, Brennstoffe und die Stromwirtschaft werden auch die kritischen Fragen der Energieerzeugung in Verbindung mit dem Klimawandel erörtert.

1. Grundbegriffe
   1. Energiewirtschaft und das Energieproblem
   2. Energiewirtschaft als Fachgebiet und Wirtschaftszweig
   3. Ziele und Aufgaben der Energiepolitik
2. Grundlagen der Energiewirtschaft
   1. Hauptsätze der Energielehre und Begrifflichkeiten
   2. Primär- und Sekundärenergieträger
   3. Energiebilanz
   4. Energiemärkte und Energiehandel
   5. Ressourcenökonomie
3. Wertschöpfungskette und Marktakteure
   1. Wertschöpfungskette
   2. Marktakteure
4. Fossile Brennstoffe und Kernbrennstoffe
   1. Kohle
   2. Erdöl
   3. Erdgas
   4. Kernbrennstoffe
5. Stromwirtschaft
   1. Umwandlungsstruktur
   2. Strompreisbildung und Preisbestandteile
   3. Stromnetze
6. Energie und Umwelt
   1. Treibhauseffekt und Klimawandel
   2. Emissionen und Folgen des Klimawandels
   3. Klimapolitik und Klimaschutzabkommen
   4. Emissionshandel

Ziel des Kurses ist es, den Studierenden die aktuellen Entwicklungen und Trends der Elektrotechnik zu vergegenwärtigen. Dabei werden insbesondere gesellschaftliche und politische Veränderungen und Aspekte vermittelt, welche die aktuellen technischen Entwicklungen begleiten. Den Studierenden wird so eine ganzheitliche Perspektive auf das Tätigkeitsfeld von Ingenieur*innen ermöglicht.

• Im Rahmen des Kurses führen die Studierenden eine selbstständige Recherche zu aktuellen Entwicklungen und Trends der Elektrotechnik durch. Bei dieser Recherche sind auch gesellschaftliche und politische Veränderungen und Aspekte zu berücksichtigen, welche die aktuellen technischen Entwicklungen begleiten. Auf dieser Basis ist eine Seminararbeit zu erstellen, in der konkrete Handlungsempfehlungen für Unternehmen in den betroffenen Branchen dargelegt werden sollen. Die Aufgabenstellungen werden als konkrete Fallstudien ausgegeben, bei denen ein spezifisches Unternehmen beschrieben wird. Damit soll eine ganzheitliche Perspektive auf mögliche Herausforderungen im Berufsalltag von Ingenieur*innen ermöglicht werden. Die Themen sind:
• Industrie 4.0: Neue Entwicklungen aus der Elektrotechnik führen zu immer besseren Robotern. Welche ethischen und rechtlichen Herausforderungen können hieraus resultieren?
• Energiewende: Der zunehmende Anteil von nachhaltig produzierter Energie führt zu Herausforderungen für die Netz-Infrastruktur. Welche technischen und politischen Herausforderungen sind dies und wie kann ihnen begegnet werden?
• 5G-Datenübertragung: Neue Technologien für das Mobilfunknetz ermöglichen eine schnellere Datenübertragung. Welche Anwendungen in Industrie und Haushalt gibt es und welche neuen Herausforderungen des Datenschutzes treten dabei auf?
• Elektromobilität: Elektro-Fahrzeuge erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Welche politischen Rahmenbedingungen müssen geschaffen werden, um die Bereitstellung von Energie für Elektro-Fahrzeuge großflächig zu ermöglichen?
• Mikroelektronik: elektrische Bauteile lassen sich immer kleiner realisieren. Daneben gibt es aber auch das Bestreben, bei gleichbleibender Größe mehr und besser Funktionalität zu realisieren. Dieses Konzept wird als “More than Moore” bezeichnet. Welche Chancen ergeben sich für die Halbleiterindustrie?