Widerstand vs Reibung vs Wärme

Grundlagen des elektrischen Stromes. Alle Fragen zu Elektronik und Elektro sind erwünscht.

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Re: Widerstand vs Reibung vs Wärme

Neuer Beitragvon DerElektroNoob am Freitag 26. September 2014, 01:21

anders hat geschrieben:
Ahaaaaaa....Widerstand ist dann also doch eine Arbeit die
Nein!
Widerstand ist ebenso wenig eine Arbeit, wie "Kreis" oder "Vanillegeschmack".


Dann eben Leistung oder wie auch sonst immer der korrekte Terminus wäre.
Immerhin "verbrät" ein größerer Widerstand laut P = I^2 * R ja mehr Energie als ein kleinerer. (Worum sich ja meine ursprüngliche Frage drehte)

Wenn ich meinem Elektronik-Buch vertrauen kann und es richtig verstanden habe ist dies darauf zurückzuführen dass am Widerstand SPANNUNG abfällt und diese in Wärme verbraten wird?

Und jetzt kann ich auch meine eigene Frage beantworten:
Ein höherer Widerstand erhöht tatsächlich die Abwärme (P=I^2*R) allerdings ist der "Stromstärkenreduzierungseffekt" und die damit einhergehende geringere Abwärme (viel kleineres I) viel größer (da quadriert) und im Endeffekt gibt es somit bei größeren Widerständen auch weniger Wärmeentwicklung!!

Hahaaaaa....ich hab's gecheckt!! :-)
Boah das hättet Ihr mir aber auch einfach gleich sagen können! (SPASS!!!)
Dieses Problem hat mir echt keine Ruhe gelassen!
Vielen Dank für Eure Hilfe!!
Zuletzt geändert von DerElektroNoob am Freitag 26. September 2014, 01:47, insgesamt 6-mal geändert.
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Re: Widerstand vs Reibung vs Wärme

Neuer Beitragvon der mit den kurzen Armen am Freitag 26. September 2014, 10:32

Noch mal zum Verständnis, es gibt keine ideale Spannungsquellen und auch keine ideale Stromquellen. Bei einer idealen Spannungsquelle könntest du jeden x beliebigen Strom entnehmen, ohne das die Spannung einbricht.
Genauso verhält es sich bei einer idealen Stromquelle, da ändert sich die Spannung auch nicht.
Dein Netzteil ist von beiden meilenweit entfernt. Stromversorgungsgeräte arbeiten meist als Konstandspannungsgeräte. Erst wenn du zu viel Strom entnimmst geht das Teil in den Stromquellenbetrieb über und dann sinkt die Ausgangsspannung! Der entnehmbare Strom ist dann auf den eingestellten Wert begrenzt.
Wie der olle OHM schon festgestellt hat ist ja der Widerstand das Verhältnis von Spannung zum Strom. Wenn du nun die Spannung konstant hältst müssen bei unterschiedlichen Widerständen auch unterschiedliche Ströme fließen. Merke kleiner R >>> großer Strom und großer R >>> kleiner Strom. Daraus folgt kein R unendlicher Strom und unendlicher R kein Strom.
Noch etwas Arbeit ist Leistung mal Zeit ! Die Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom!
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Re: Widerstand vs Reibung vs Wärme

Neuer Beitragvon DerElektroNoob am Freitag 26. September 2014, 10:55

der mit den kurzen Armen hat geschrieben:Noch mal zum Verständnis, es gibt keine ideale Spannungsquellen und auch keine ideale Stromquellen. Bei einer idealen Spannungsquelle könntest du jeden x beliebigen Strom entnehmen, ohne das die Spannung einbricht.
Genauso verhält es sich bei einer idealen Stromquelle, da ändert sich die Spannung auch nicht.
Dein Netzteil ist von beiden meilenweit entfernt. Stromversorgungsgeräte arbeiten meist als Konstandspannungsgeräte. Erst wenn du zu viel Strom entnimmst geht das Teil in den Stromquellenbetrieb über und dann sinkt die Ausgangsspannung! Der entnehmbare Strom ist dann auf den eingestellten Wert begrenzt.
Wie der olle OHM schon festgestellt hat ist ja der Widerstand das Verhältnis von Spannung zum Strom. Wenn du nun die Spannung konstant hältst müssen bei unterschiedlichen Widerständen auch unterschiedliche Ströme fließen. Merke kleiner R >>> großer Strom und großer R >>> kleiner Strom. Daraus folgt kein R unendlicher Strom und unendlicher R kein Strom.
Noch etwas Arbeit ist Leistung mal Zeit ! Die Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom!


Ja das habe ich Alles verstanden und kann es auch nachvollziehen. Sowohl von den Formeln als auch von der Überlegung an sich. Danke für die Klarstellung.

Die einzige kleine Frage, die jetzt eigentlich noch bleibt ist diese Aussage:
Du hast jetzt gemerkt, dass Widerstaende an deinem Netzteil unterschiedlich warm werden. Jetzt neigst du zu der Auffassung: je kleiner der (ohmsche) Widerstand ist, desto waermer wird er. Das stimmt aber nicht immer. Wenn du seehr kleine Widerstaende an dein Netzteil anschliessen wuerdest, dann wuerdest du merken, dass es ploetzlich genau andersrum ist. z.B. ein "0 Ohm" Widerstand wuerde ueberhaupt nicht warm werden (dein Trafo dafuer umso mehr) aber z.B. ein 10mOhm Widerstand wird nicht so warm an deinem 18V Trafo, wie ein 100mOhm Widerstand (probier's nicht aus, der Trafo mag das nicht). D.h. der Fall, den du dir anschaust, ist tatsaechlich komplexer als du das bisher gemerkt hast.

Das ist genau warum so? Warum würde ein 10mOhm Widerstand nicht so warm wie ein 100mOhm Widerstand werden? Auch hier würde man ja durch I=U/R von einer höheren Stromstärke ausgehen. Aber???
Zuletzt geändert von DerElektroNoob am Freitag 26. September 2014, 10:56, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Widerstand vs Reibung vs Wärme

Neuer Beitragvon anders am Freitag 26. September 2014, 12:39

Das ist genau warum so? Warum würde ein 10mOhm Widerstand nicht so warm wie ein 100mOhm Widerstand werden
Weil das Netzteil einen Innenwiderstand hat, und wenn der obige Fall zutrifft, dann ist der größer als 10mOhm.

Den Innenwiderstand kann man i.A. nur durch Messen feststellen, indem man das Netzteil mit unterschiedlichen Ströme belastet und die sich dabei einstellenden Spannungen misst.
Dann berechnet sich der Innenwiderstand aus der Spannungsdifferenz dividiert durch die Stromdifferenz.
Dem liegt die Modellvorstellung zu Grunde, dass man sich eine reale Spannungsquelle, z.B. eine Batterie, vorstellen kann als eine Reihenschaltung einer idealen Spannungsquelle (deren Spannung also unabhängig von der Belastung konstant bleibt) mit dem Innenwiderstand.

Z.B. könntest du ohne Stromentnahme (I=0) an deinem Netzteil eine Spannung von 10V einstellen, und danach an das Netzteil einen 10 Ohm Widerstand anschliessen und wiederum Strom und Spannung messen.
Wenn man nur ein Messinstrument hat, kann man den Strom notfalls auch über das Ohmsche Gesetz berechnen, da man den 10 Ohm Widerstand ja kennt, aber die gleichzeitige (!) Messung von Strom und Spannung ist i.A. genauer.
Angenommen, die zweite Messung ergibt 9,8V, dann wäre der nun fliessende Strom gemäß ohmschen Gesetz 9,8V / 10 Ohm = 0,98A und die Spannungsdifferenz ist 10V-9,8V= 0,2V.
Damit lässt sich ebenfalls über das ohmsche Gesetz der Innenwiderstand des Netzteils ausrechnen:
0,2V / 0,98A = 0,204 Ohm.
Deie Leistungsaufnahme des 10 Ohm Widerstands wäre gemäß P= R * I**2 = 9,6W.

Wenn du nun den 10 Ohm Widerstand durch einen mit 0,1 Ohm ersetzt, so würde die ideale Spannungsquelle mit insgesamt 0,1 Ohm + 0,204 Ohm = 0,304 Ohm belastet. und es würde ein Strom von 10V / 0,304 Ohm= 32,9 A fliessen.
Die an dem 0,1 Ohm Widerstand umgetzte Leistung wäre also 108W.

Wenn du die gleiche Rechnung nun für einen externen Widerstand vom 0,01 Ohm wiederholst, kommt du dort auf eine Leistung von nur noch 21,8W.
Der Extremfall wäre ein Kurzschluß R=0, für den die Leistungsabgabe P=U*I wegen U=0 natürlich 0 ist, ebenso wie für den Fall des Leerlaufs, der wegen I=0 keine Erwärmung verursacht.

Die maximale Ausgangsleistung wird also irgendwo zwischen R=0 und R=unendlich erreicht, und man kann ziemlich leicht zeigen, dass dies der Fall ist, wenn der angeschlossene Widerstand gleich dem Innenwiderstand ist.


Beachte aber bitte, dass dies theoretische Betrachtungen sind, die nicht uneingeschränkt gültig sind.
Zum Einen wird dein Netzteil nicht in der Lage sein 30A zu liefern , sondern es wird vorher etwas zu Bruch gehen, und zum Anderen gilt bei Netzteilen über derartig große Strombereiche sehr oft das Ohmsche Gesetz nicht hinreichend genau.
Bei Batterien ist die Proportionalität von Strom und Spannung schon eher gegeben, aber auch da kann sich der Innenwiderstand durch die einsetzende Erwärmung und den sinkenden Ladezustand stark ändern.
anders
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Re: Widerstand vs Reibung vs Wärme

Neuer Beitragvon DerElektroNoob am Freitag 26. September 2014, 17:35

@anders: Danke für die Erklärung! Auch dies habe ich verstanden und kann es vor Allem auch gedanklich sinnvoll nachvollziehen. Auf solche Sachen würde ich von alleine gar nicht kommen, es ist aber trotzdem sehr hilfreich mir darüber Gedanken zu machen und mich einfach mit der Materie zu beschäftigen.

Und mal rein aus Interesse und ohne das selbst verfolgen zu wollen:
Gibt es denn tatsächlich Projekte/Schaltkreise bei denen der Gesamtwiderstand so gering ist, dass er kleiner als der Innenwiderstand der Spannungs-/Stromquelle ist und dann oben geschildertes "Problem" auftritt? Oder ist das wirklich nur theoretischer Natur?
DerElektroNoob
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Re: Widerstand vs Reibung vs Wärme

Neuer Beitragvon derguteweka am Freitag 26. September 2014, 18:22

Moin,

DerElektroNoob hat geschrieben:Gibt es denn tatsächlich Projekte/Schaltkreise bei denen der Gesamtwiderstand so gering ist, dass er kleiner als der Innenwiderstand der Spannungs-/Stromquelle ist und dann oben geschildertes "Problem" auftritt? Oder ist das wirklich nur theoretischer Natur?


Ja, gibt's. Fuer LEDs gibts Konstantstromquellen, d.h. eben Elektronische Schaltungen, die sich an ihren Anschluessen recht hochohmig verhalten. In vielen Verstaerkerschaltungen gibts Konstantstromquellen. Der Trafo im Mikrowellenherd ist extra auf einen hohen Ausgangs"widerstand" ausgelegt; Alle Formen von Gasentladungslampen (Glimm,Neon,Leuchtstoff...) werden so betrieben.


...Hmm, wenn ich recht drueber nachdenke, sind Konstantstromquellen ungefaehr so wichtig wie Zinkoxid...
http://www.youtube.com/watch?v=10sc6oeVdIo

Gruss :mrgreen:
WK
derguteweka
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Re: Widerstand vs Reibung vs Wärme

Neuer Beitragvon anders am Freitag 26. September 2014, 18:38

Gibt es denn tatsächlich Projekte/Schaltkreise bei denen der Gesamtwiderstand so gering ist, dass er kleiner als der Innenwiderstand der Spannungs-/Stromquelle ist und dann oben geschildertes "Problem" auftritt?
Durchaus.
Dabei kommt es weniger auf die absoluten Werte als auf das Verhältnis von Lastwiderstand zu Innenwiderstand an.
Bei Spannungsquellen strebt man meist einen relativ geringen Innenwiderstand an, aber es gibt auch Stromquellen, bei denen der Innenwiderstand möglichst hoch ist, damit sich der Strom über einen weiten Spannungsbereich nicht ändert.
Solche Stromquellen braucht man z.B. in der Messtechnik und für Timer, wenn man einen Kondensator zeitlinear laden oder entladen will.

Miß mal die Spannung eines (nicht gerade frisch-) geladenen, eines teilentladenen und eines praktisch entladenen NiCd- oder NiMH Akkus.
Du wirst kaum einen Unterschied feststellen, und das bedeutet, dass während der Entladung nur der Innenwiderstand steigt, bis die Lampe ausgeht oder der Elektromotor stehen bleibt.
Das ist der Grund, weshalb die Ladeazustandsanzeigen von mit solchen Akkus betriebenen Geräten so unzuverlässig sind.

Bei Hochfrequenzgeräten und Kabeln findet man sehr oft die Angabe 50 Ohm oder 75 Ohm.
Dabei handelt es sich nicht um den Gleichstromwiderstand, sondern um den so genannten Wellenwiderstand des Koaxialkabels, der maßgeblich durch das Durchmesserverhältnis von Außenleiter zu Innenleiter bestimmt wird. Dementsprechend gibt es 50 Ohm Kabel, die nur 2mm dick sind, aber auch armdicke.
Auf diesem Gebiet arbeitet man meist mit der bereits beschriebenen so genannten Leistungsanpassung also Innenwiderstand = Wellenwiderstand = Lastwiderstand, weil es sonst zu stehenden Wellen oder Resonanzen auf der Leitung kommt, die allerlei unschöne Konsequenzen haben können.


P.S.:
Der Trafo im Mikrowellenherd ist extra auf einen hohen Ausgangs"widerstand" ausgelegt;
Das ist ein sehr gutes Beispiel!
Die Last dort ist das Magnetron, durch das bis zu ungefähr gut 4000V praktisch überhaupt kein Strom fliesst, aber bei höherer Spannung steigt der Strom jäh an. Dort hat das Magnetron also einen geringen Innenwiderstand.
Damit die Kiste nun nicht bei der geringsten Netzspannungsschwankung entweder abschaltet oder verglüht, legt man, wie von WK erwähnt, den Trafo so aus, dass sich der Strom durch das Magnetron inerhalb der zulässigen Netzspannungsschwankung von immerhim +/- 10% nur um ganz wenige Prozent ändert.
Einen solchen Trafo zu dimensionieren ist nicht trivial, und der Kondensator des Spannungsverdopplers spielt dabei auch noch eine wichtige Rolle.
Zuletzt geändert von anders am Freitag 26. September 2014, 18:52, insgesamt 2-mal geändert.
anders
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