Saarland Abitur (Technology) flashcards

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Technisches System

Eine abgegrenzte Anordnung von Elementen, die über Stoff-, Energie- oder Informationsflüsse miteinander verknüpft sind und gemeinsam eine definierte Funktion erfüllen. Systemgrenze und Umgebung müssen bei der Analyse ausdrücklich festgelegt werden.

Wirkungsgrad

Verhältnis von abgegebener zu zugeführter Leistung oder Energie: η = P_ab / P_zu. Der Wert ist stets kleiner als 1, dimensionslos und beschreibt die Verluste eines Energiewandlers oder Systems.

Gesamtwirkungsgrad Reihenschaltung

Bei hintereinandergeschalteten Wandlern multiplizieren sich die Einzelwirkungsgrade: η_ges = η_1 · η_2 · … · η_n. Das Produkt ist immer kleiner als der kleinste Einzelwirkungsgrad; Addition der Werte ist falsch.

Mechanische Leistung

P = F · v bei konstanter Kraft längs des Weges, bei Drehbewegung P = M · ω mit ω = 2π · n. Einheit Watt; die Formel setzt voraus, dass Kraft- und Geschwindigkeitsrichtung parallel verlaufen.

Hebelgesetz

Im Gleichgewicht gilt F_1 · l_1 = F_2 · l_2, wobei die Hebelarme senkrecht zur jeweiligen Kraft gemessen werden. Das Produkt aus Kraft und Hebelarm heißt Drehmoment und ist beidseitig des Drehpunkts gleich groß.

Übersetzung Getriebe

i = n_1 / n_2 = d_2 / d_1 für verlustfreie Zahnrad- oder Riementriebe. Das Drehmoment steigt im Verhältnis i, wenn die Drehzahl sinkt; mit Reibung gilt M_2 = i · M_1 · η.

Normalspannung

σ = F / A, angegeben in N/mm² oder MPa. Sie beschreibt die gleichmäßig verteilte Spannung über dem Querschnitt eines Zug- oder Druckstabs senkrecht zur Kraftrichtung.

Hookesches Gesetz

Im linear-elastischen Bereich gilt σ = E · ε mit E als Elastizitätsmodul und ε = Δl / l_0 als Dehnung. Nach Entlastung kehrt der Körper in seine Ausgangslänge zurück.

Sicherheitsfaktor

Verhältnis von Werkstoffkennwert zu zulässiger Spannung: ν = R_e / σ_zul. Er berücksichtigt Streuung der Werkstoffdaten, Lastannahmen und nicht vorhersehbare Betriebsbedingungen der Konstruktion.

Ohmsches Gesetz

U = R · I verknüpft Spannung, Widerstand und Stromstärke in einem ohmschen Leiter bei konstanter Temperatur. Die Kennlinie im U-I-Diagramm ist eine Ursprungsgerade mit der Steigung R.

Reihen- und Parallelschaltung

Reihe: R_ges = ΣR_i, der Strom ist überall gleich. Parallel: 1/R_ges = Σ(1/R_i), die Spannung ist überall gleich. Bei zwei parallelen Widerständen gilt R_ges = R_1·R_2/(R_1+R_2).

Elektrische Leistung

P = U · I, umgestellt auch P = I² · R oder P = U² / R. Die Einheit ist Watt; bei Wechselstrom unterscheidet man Wirk-, Blind- und Scheinleistung über den Leistungsfaktor cos φ.

Disjunktive Normalform

DNF: ODER-Verknüpfung aller Minterme, die in der Wahrheitstabelle den Ausgang 1 liefern. Jeder Minterm enthält alle Eingangsvariablen, jeweils negiert oder nicht negiert, UND-verknüpft.

Konjunktive Normalform

KNF: UND-Verknüpfung aller Maxterme, die den Ausgang 0 liefern. Jeder Maxterm ist eine ODER-Verknüpfung aller Eingangsvariablen; die KNF eignet sich besonders für Funktionen mit wenigen Nullen.

Karnaugh-Vereinfachung

Grafisches Verfahren zur Minimierung boolescher Funktionen. Benachbarte Einsen werden zu Zweierpotenz-Blöcken zusammengefasst; die Variablen, die innerhalb eines Blocks wechseln, entfallen im Ergebnis.

Steuerung

Offene Wirkungskette nach DIN IEC 60050: Die Ausgangsgröße wird nicht zurückgemessen und nicht mit einem Sollwert verglichen. Störgrößen wirken ungehindert auf die Ausgangsgröße ein.

Regelung

Geschlossener Wirkungskreis mit Messglied, Regler und Stellglied. Die Regelgröße wird laufend erfasst, mit dem Sollwert verglichen und über die Stellgröße so korrigiert, dass Störungen ausgeglichen werden.

Regelkreis-Grundglieder

P-, I- und D-Glied beschreiben Übertragungsverhalten: P wirkt proportional, I integriert die Regelabweichung, D reagiert auf deren Änderungsrate. Kombinationen wie PI oder PID ergeben typische Reglerstrukturen.

Werkstoffauswahl Nutzwertanalyse

Bewertungsverfahren: Kriterien wie Dichte, E-Modul, Streckgrenze und Kosten werden gewichtet und je Werkstoff mit Punkten bewertet. Ausschlusskriterien wie Temperaturgrenzen sind vorher zu prüfen.

Elastizitätsmodul

Kennwert E aus dem Anstieg der Spannungs-Dehnungs-Kurve im linear-elastischen Bereich, σ = E · ε. Einheit N/mm²; ein hoher E-Modul bedeutet geringe Verformung bei gegebener Spannung.

Streckgrenze

Spannung R_e, ab der ein Werkstoff ohne wesentliche Laststeigerung plastisch verformt wird. Bei Werkstoffen ohne ausgeprägtes Streckgrenzenphänomen wird die 0,2-%-Dehngrenze R_p0,2 verwendet.

Spannungs-Dehnungs-Diagramm

Grafische Darstellung des Werkstoffverhaltens unter Zug: linear-elastischer Bereich, Streckgrenze, Verfestigung, Höchstzugkraft und Bruch. Fläche unter der Kurve entspricht der spezifischen Verformungsenergie.

Schwingfestigkeit

Werkstoffkennwert für ertragbare Spannungsamplituden bei sehr vielen Lastwechseln (Dauerfestigkeit) bzw. begrenzter Lastspielzahl. Kerben, Mittelspannung und Oberfläche senken die ertragbare Amplitude deutlich.

Drehmoment

M = F · r, wobei r der senkrechte Abstand der Wirklinie vom Drehpunkt ist. Einheit Nm; im Gleichgewicht ist die Summe aller Momente um einen Punkt null.

Kinematik gleichförmige Bewegung

Bei konstanter Geschwindigkeit gilt s = v · t. Beschleunigte Bewegung: v = a · t und s = ½ · a · t² bei Start aus der Ruhe; Einheiten konsequent in m, s und m/s² einsetzen.

Energieerhaltung mechanisch

In einem reibungsfreien System bleibt die Summe aus kinetischer und potentieller Energie konstant: ½mv² + mgh = const. Reibung wandelt mechanische Energie irreversibel in Wärme um.

Logische Grundgatter

UND, ODER, NICHT sowie NAND und NOR als universelle Gatter. NAND und NOR allein können jede boolesche Funktion realisieren; XOR liefert 1 bei ungerader Anzahl von Einsen.

Sensoren und Aktoren

Sensoren wandeln physikalische Größen wie Weg, Kraft oder Temperatur in elektrische Signale; Aktoren setzen Stellsignale in mechanische Bewegung oder andere Wirkgrößen um. Beide bilden die Schnittstelle zur Steuerung.

Offener und geschlossener Wirkungsweg

Der offene Wirkungsweg kennzeichnet Steuerungen ohne Rückmeldung; der geschlossene enthält eine Rückführung der Regelgröße zum Vergleich mit dem Sollwert. Nur der geschlossene Kreis kann Störungen selbsttätig ausregeln.

Führungsgröße und Störgröße

Die Führungsgröße gibt den gewünschten Sollwert der Regelgröße vor; Störgrößen wirken von außen unerwünscht auf die Strecke. Der Regler gleicht beide über die Stellgröße aus.

Toleranzen und Passungen

Maßtoleranz ist die Differenz zwischen Höchst- und Mindestmaß; Passungen ergeben sich aus dem Zusammenspiel von Innen- und Außenmaßtoleranz (Spiel-, Übergangs- oder Presssitz).

Technische Zeichnung

Normgerechte Darstellung von Bauteilen mit Ansichten, Schnitten, Maßstab, Maßangaben und Toleranzen nach ISO. Schnittdarstellungen und Gewindedarstellungen folgen festen Symbolregeln.