Schaltvorgänge in Elektrotechnik

Das Buch umfasst 117 Seiten, 87 Illustrationen. Im Text werden 23 Aufgaben behandelt, weitere 20 Aufgaben sind zur eigenständigen Lösung vorgeschlagen.

Einführung:

Das Buch ist ungewöhnlich, da es viele Beispiele zur Lösung physikalischer Aufgaben enthält. Warum das? Um das Ziel des Buches zu erklären, möchte ich weit ausholen.

 Früher wurde in der Schule in den unteren Klassen Kalligrafie unterrichtet, dann kamen Kugelschreiber auf und die Kalligrafie hatte keine technische Unterstützung mehr und wurde abgeschafft. Theoretisch wurde dies damit begründet, dass in der Computerära Menschen  nun Texte auf der Tastatur eingeben würden.

Doch Kalligrafie diente nicht nur dazu, Informationen auf Papier zu übermitteln. Kalligrafie war gleichzeitig ein Mittel zur Gehirnentwicklung. Beim Schreiben löste das Gehirn gleichzeitig mehrere komplexe Aufgaben: das Schreiben des Wortes, das schöne Ausführen der Buchstaben, das Nachdenken darüber, was als nächstes geschrieben werden sollte. Mehrere Steuerungsprozesse liefen gleichzeitig ab: feine Handbewegungen, Informationsprozesse beim Schreiben. Das heißt, der Sinn der Kalligrafie lag weniger in der Entwicklung von Schreibfertigkeiten als vielmehr im Training des Gehirns. Dieses wichtige Werkzeug haben wir verworfen, ohne etwas Vergleichbares anzubieten.

Dieses Buch ist in gewisser Weise auch "Kalligrafie" für Physiker. Es gibt leistungsstarke mathematische Methoden zur Berechnung elektrischer Schaltungen, die in entsprechende Computerprogramme codiert sind. Jede Aufgabe kann automatisch gelöst werden. Aber erst durch das Lösen einer großen Anzahl von Aufgaben mit den eigenen Händen können abstrakte physikalische Konzepte "eigen" gemacht werden, nahe und verständlich.

Ich möchte den Studenten "Physik" der Prozesse vermitteln, damit sie bildlich verstehen, wohin die Elektronen laufen und welche Kräfte sie lenken. Leider dominieren in den meisten Lehrbüchern heute mathematische Modelle. Die Untersuchung transienter Prozesse reduziert sich auf das Lösen von Differentialgleichungen. Ohne das geht es natürlich nicht; in meinem Buch ist das auch enthalten.

Aber neben Mathematik gibt es auch Physik. Ohne sie kommt man nicht aus, wenn plötzlich Schwierigkeiten und Widersprüche bei der Formulierung der Anfangsbedingungen oder der Anwendung der Erhaltungssätze auftreten. Und es stellt sich heraus, dass Physik manchmal dazu führt, das ursprüngliche Erscheinungsbild des Schaltkreises und die damit verbundenen mathematischen Gleichungen zu ändern. Diese subtilen Punkte möchte ich den Studenten vermitteln.

Dr. Sergej Gusew