Spannungs- und Stromquellen

Dieses Thema im Forum "Elektrotechnik" wurde erstellt von Fiz88, 3 Apr. 2017.

  1. Hallo zusammen,

    ich habe demnächst ein mündliches Testat zu Grundlagen Gleich- und Wechselstromtechnik und habe ein paar Fragen zu Spannungs- und Stromquellen.

    1) Wir haben eine reale Stromquelle bestehend aus einer Stromquelle, einem parallelen Innenwiderstand und zwei Anschlussklemmen.
    Frage: Fließt innerhalb der Stromquelle über den geschlossenen Stromkreis des Innenwiderstands permanent ein Strom?

    2) Wir haben eine reale Spannungsquelle bestehend aus einer Spannungsquelle, einem in reihe geschalteten Widerstand und zwei Anschlussklemmen.
    Frage: Wir haben gelernt, dass im Leerlauf eine Spannung anliegt, die der Quellspannung entspricht und keine Spannung über den Innenwiderstand abfällt, da kein Strom fließt. Ist das korrekt? Meiner Meinung nach gibt es diese Konstellation nicht, da bei einer Spannungsmessung immer ein Strom fließt und somit Spannung über den Innenwiderstand abfällt.

    3) Wir haben eine Spannungsquelle bestehend aus einer Quelle und 2 Widerständen, zwischen denen die Anschlussklemmen liegen ( im Prinzip ein normaler Spannungsteiler).
    Frage: Wie berechnet sich der Innenwiderstand der Spannungsquelle und welche Spannung liegt an den Klemmen an?
    Ich habe die beiden Widerstände parallel zum Ersatzinnenwiderstand zusammengerechnet. Messe ich dann an der Ausgangsklemme die Quellenspannung, da die Quelle parallel zum Innenwiderstand ist, oder messe ich eine geringere Spannung, da der Innenwiderstand in Reihe ist und somit eine Spannung abfällt?

    Vielen Dank im Voraus
     
  2. Ja.

    Ja.

    Von einer Messung ist nicht die Rede gewesen. Aber selbst bei einer Spannungsmessung mit einem normalen Spannungsmesser ist der Spannungsabfall über dem Innenwiderstand im Allgemeinen vernachlässigbar.

    Der Innenwiderstand einer Spannungsquelle liegt in Reihe zur Quelle, nicht parallel.

    Richtig. Die Klemmenspannung der Ersatzquelle bestimmst Du mit der Spannungsteilerregel.
     
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  3. Vielen Dank schonmal.

    Nur das mit dem Spannungsteiler ist mir noch nicht ganz klar.
    Nehmen wir den Spannungsteiler im Anhang als Beispiel:
    Ich will zunächst den Gesamtwiderstand bestimmen. Hierzu blende ich die Quelle aus und rechne die Widerstände parallel zusammen.
    Nun habe ich eine Schaltung aus Quelle und einem Ersatzwiderstand, liegt dieser Widerstand nun also in Reihe weil es bei einer Spannungsquelle immer so ist, oder doch parallel. Und welche Spannung greife ich nun ab? U=U12, oder Uklemme=U-U12?
     

    Anhänge:

  4. Das ist nicht der Gesamtwiderstand, sondern der Innenwiderstand der Ersatzquelle bzgl. der Klemmen über R2.

    Eine etwas seltsame Ausdrucksweise. Tatsächlich werden bei der Innenwiderstandsbestimmung alle eventuell vorhandenen Quellen durch ihren Innenwiderstand ersetzt. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine ideale Spannungsquelle, deren Innenwiderstand definitionsgemäß Null ist (sonst wäre es keine ideale Spannungsquelle). Die Spannungsquelle wird also kurzgeschlossen.

    Die Quellenspannung der Ersatzquelle musst Du allerdings erst noch bestimmen.

    Der Innenwiderstand einer realen Spannungsquelle liegt immer in Reihe zur Quelle. Läge er parallel, wäre es keine reale, sondern eine ideale Spannungsquelle.

    Natürlich die Spannung zwischen den Klemmen an R2. Denn das sind ja die Klemmen der Ersatzquelle.
     
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  5. zu 1) Bei einer realen Stromquelle fließ tatsächlich Strom über den parallel liegenden Innenwiderstand. Falls an die Stromquelle kein Lastwiderstand angeschlossen ist, fließt sogar der gesamte Strom der Quelle über den Innenwiderstand.

    zu 2) Ja das ist korrekt. Die Spannung liegt auch dann an, wenn sie nicht durch ein Messgerät nachgewiesen wird. Wenn aber ein Messgerät angeschlossen wird, fließt ein -wenn auch ein sehr kleiner- Strom. Deine Vermutung ist somit richtig.

    zu 3) Der Innenwiderstand einer Spannungsquelle liegt immer in Reihe zur Spannungsquelle. Damit ist klar, dass die Spannung an Klemmen kleiner ist als die Quellenspannung sobald ein Widerstand -hier Dein "Ersatzwiderstand"-angeschlossen wird. Die Berechnung der Spannung am Lastwiderstand (hier "Ersatzwiderstand") und auch die Berechnung der Spannung, die über dem Innenwiderstand abfällt, erfolgt mit dem Spannungsteilersatz.
    Dieser lautet verbal: Die Teilspannung ist gleich der Gesamtspannung, multipliziert mit dem Widerstand, an dem sie abfällt, dividiert durch die Summe der an der Spannungsteilung beteiligten Widerständen.
    In Deinem Fall: Die Teilspannung sei Ue mit dem "Ersatzwiderstand" Re, dem Innenwiderstand Ri und der Quellenspannung U0 ergibt sich:
    Ue = Uo * Re/(Ri + Re)

    Diese Gleichung lässt auch nach Ri auflösen um Ri zu berechnen:

    Gruß transcom
     
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  6. Vielen Dank euch beiden, hat mir sehr weitergeholfen.
     
  7. Ich fürchte, hier liegt ein Missverständnis vor. Der Fragesteller will keinen Ersatzwiderstand an die Klemmen anschließen, sondern den Ersatzinnenwiderstand bzgl. der Klemmen bestimmen. Das hat er auch richtig gemacht, indem er die beiden Widerstände von den Klemmen her als Parallelschaltung wahrgenommen hat. Jetzt geht es nur noch um die Quellenspannung (Leerlaufspannung) der Ersatzquelle. Und die bestimmt sich natürlich nach Spannungsteilerregel zu

    U_0=U\cdot \frac{R_2}{R_1+R_2}

    Der Innenwiderstand spielt dabei keine Rolle, es sei denn, die Leerlaufspannung der Ersatzquelle wird nicht per Spannungsteilerregel aus der Originalschaltung bestimmt, sondern per ohmschem Gesetz aus dem Kurzschlussstrom. Der wäre im vorliegenden Fall

    I_k=\frac{U}{R_1}

    Dann ist die Leerlaufspannung der Ersatzquelle

    U_0=I_k\cdot R_i
    mit
    R_i=R_1||R_2=\frac{R_1\cdot R_2}{R_1+R_2}

    und demzufolge

    U_0=\frac{U}{R_1}\cdot\frac{R_1\cdot R_2}{R_1+R_2}=U\cdot \frac{R_2}{R_1+R_2}

    Das ist natürlich dieselbe Spannung wie die per Spannungsteilerregel bestimmte.
     
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  8. Danke für die Aufklärung des Missverständnisses, genau das wollte ich wissen.
     

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