Verbraucher und Versorgung (Grundlagen)

Hallo zusammen,

ich habe eine super grundlegende Frage zur Verbrauchern und deren Versorgung. So grundlegend, dass ich keine online anständige Antwort finde.

1. Läuft ein Verbraucher weil genug Ladungsträger pro Zeit (Ampere) durch ihn fließen, oder läuft er, weil genug Spannung anliegt? Nach meinem Verständnis muss genug Spannung anliegen um zu gewährleisten, dass genug Ladungsträger pro Zeit fließen. (Die Ladungsträger liefern im Endeffekt ja auch die Energie)

Angenommen auf einem Verbaucher findet sich die Angabe 12V, 6A, dann bedeutet das, dass ich eine Spannungsquelle brauche, die 12V liefert um genügend Ladungsträger pro Zeit (abh. vom gegebenem Innenwiderstand), nämlich 6A durch meinen Verbraucher zu drücken, da er sonst nicht laufen würde. Ist das soweit korrekt, oder geht aus einer Angabe von 12V eine andere Logik hervor? Der Innenwiderstand des Verbrauchers wäre in diesem Fall dann 2 Ohm, wird aber nicht angegeben, weil der fix ist, allerdings die nötige Spannung bedingt.

2. Als Spannungsquelle, könnte ich jetzt 8 x 1,5V Batterien paralell schalten. Angenommen sie entladen sich alle gleich schnell, bis zu welcher Spannung kann ich meinen Verbraucher noch betreiben? Die Ladungsträger die ich pro Zeit durch den Verbraucher durchlaufen lasse, nehmen ja mit Entladung der Spannungsquelle ab.
Wenn meine Batterie jetzt auf 9V entladen wäre, dann würden der Verbraucher ja nur noch 4,5 A bekommen, was ja laut Datenblatt nicht ausreichen dürfte um Ihn zu betreiben.

(Habe irgendwo gelesen, dass der Innenwiderstand von Batterien antiproportional zur Entladung ist, sodass die Ausgangspannung gleich bleibt. Scheint mir aber quatsch, da man den Spannungsabfall an der Quelle ja messen kann).

Liegt es daran, dass die angegeben 12V nur eine Obergrenze sind und der Verbraucher auch mit weniger Spannung, bzw. Ampere läuft? (Warum aber dann eine Ampereangabe, oder ist das sowieso nur die Ausnahme?)

Oder Läuft ein Verbraucher sowieso unabhängig von der Anzahl der Ladungsträger, die durch ihn durchfließt, solange die Spannung ausreichend ist?


Bin sehr dankbar über eine kurze Erklärung für eine etwas umständliche Frage!

Grüße,

Philipp
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Grundlegende Fragen sind IMMER super:
1. Läuft ein Verbraucher weil genug Ladungsträger pro Zeit (Ampere) durch ihn fließen, oder läuft er, weil genug Spannung anliegt? Nach meinem Verständnis muss genug Spannung anliegen um zu gewährleisten, dass genug Ladungsträger pro Zeit fließen.
So ist es,
aber die Ladungsträger liefern nur dann die Energie,
wenn das auch genug sind (entspechender Strom entsprechende Zeit lang)
und wenn sich die auch genug "plagen" müssen (durch einen Widerstand).

Angenommen auf einem Verbaucher findet sich die Angabe 12V, 6A, dann bedeutet das, dass ich eine Spannungsquelle brauche, die 12V liefert um genügend Ladungsträger pro Zeit (abh. vom gegebenem Innenwiderstand), nämlich 6A durch meinen Verbraucher zu drücken, da er sonst nicht laufen würde.
Genau - der Verbraucher hätte dann 12 V / 6 A = 2 Ohm.

2. Als Spannungsquelle, könnte ich jetzt 8 x 1,5V Batterien parallel schalten.
Dann hättest du KEINE 12 V sondern eine 1,5 V-Stromversorgung, die 8mal soviel Strom abgeben kann wie 1 Batterie.
Wenn du die 8 Stk. 1,5 V-Zellen IN SERIE schaltest, werden die sich annähernd gleich entladen,
wobei die Spannung langsam ein bisschen sinkt. (Anfangs sind das vielleicht 13 V.)
Zum Schluss wird die Spannung immer schneller sinken und bei sagen wir mal 11 V nennen wir die "leer".
Bis zu welcher Spannung du deinen Verbraucher noch betreiben kannst, hängt von diesem ab
und da wird bei der Konstruktion drauf Rücksicht genommen:
Ein Verbraucher im Auto bekommt von der Batterie eine Nennspannung von 12 V,
wenn der Motor (und die Lichtmaschine) läuft, sind das ca. 14,5 V
und mit ca. 10,5 V ist die Batterie einfach am Ende - in diesem Bereich sollte ein für´s Auto konstruierter Verbraucher funktionieren.
Beim Scheinwerferlamperl sieht man auch ganz deutlich den Einfluss der Spannung:
Beim Einschalten der Zündung leuchtet das leicht gelblich,
beim Starten - da bricht die Spannung durch den hohen Startstrom stark ein - wird´s deutlich dusterer (weniger Strom)
und sobald der Motor läuft (und man ein bisschen Gas gibt), wird´s deutlich heller (mehr Strom als bei 12 V).
(Der Innenwiderstand von Batterien ist nicht zwangsläufig antiproportional zur Entladung
und die Ausgangspannung bleibt beim Entladen auch nicht ganz gleich.)

Warum aber dann eine Ampereangabe, oder ist das sowieso nur die Ausnahme?
Das erlaubt die Auswahl bzw. Dimensionierung der Spannungsquelle:
Wenn da draufsteht 9 V / 5 A wird der Verbraucher nicht an einer 9 V-Blockbatterie funktionieren,
denn deren Klemmenspannung bricht bei dieser Belastung gnadenlos zusammen.
Durch den Verbraucher fließt natürlich TROTZDEM Strom, aber viel zu wenig,
weil die Spannung ist für die Funktion nicht ausreichend ist.
 
Hey Peter,

vielen Dank für die super schnelle und ausführliche Antwort!
14,5 V
und mit ca. 10,5 V ist die Batterie einfach am Ende - in diesem Bereich sollte ein für´s Auto konstruierter Verbraucher funktionieren.

Das ist super, so macht das ganze Sinn.

Wenn da draufsteht 9 V / 5 A wird der Verbraucher nicht an einer 9 V-Blockbatterie funktionieren,
denn deren Klemmenspannung bricht bei dieser Belastung gnadenlos zusammen.
Gibt es hier ein gesundes Verhältnis von Spannung/Stromstärke was man anpeilen kann? Das ist dann praktisch auch die Limitierung, dass man die Spannung bei einem seehr kleinen Widerstand nicht beliebig klein wählen kann?
So ist es,
aber die Ladungsträger liefern nur dann die Energie,
wenn das auch genug sind (entspechender Strom entsprechende Zeit lang)
und wenn sich die auch genug "plagen" müssen (durch einen Widerstand).
Das verstehe ich nicht ganz, warum liefern die Ladungsträger nicht immer Energie? Und wie sieht diese Energieabgabe eigentlich aus? Bei einer Lampe kann man sich das mit einem glühenden Draht ja gut vorstellen (Reibung --> Wärme --> Leuchtet) aber wie läuft das bei anderen elektronischen Bauteilen?

Beispiel: Wenn meine aktiven Studiomonitore maximal 132W aushalten (Angabe bezieht sich ja auch die Belastbarkeit), dann wird durch Verstärkung der Eingangsspannung (bei gleichbleibendem Widerstand) die Leistung erhöht (Bis zu einem Maximum von 132W . P = U^2/R) Was aber eigentlich passiert, ist, dass durch die Erhöhung der Spannung automatisch I erhöht wird und damit mehr Ladungsträger pro Zeit ihre Energie abgeben können.

Aber wie gibt ein Elektron Energie genau ab?

1. Beim Lautsprecher würden mehr Elektronen die eine Spule pro Zeit durchfließen dann ein stärkeres Magnetfeld erzeugen sodass der Schwingspulenträger stärker auslenkt. Wo genau wird hier die Energie abgegeben?

2. Gehen bei einer Batterie Elektronen "verloren" und deswegen nimmt die Spannung einer Batterie auch ab? (Unterschied von Elektronen an Plus/Minus)

Viele Grüße,

Philipp
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Gibt es hier ein gesundes Verhältnis von Spannung/Stromstärke was man anpeilen kann? Das ist dann praktisch auch die Limitierung, dass man die Spannung bei einem seehr kleinen Widerstand nicht beliebig klein wählen kann?
Ein PKW-Starter nimmt ein paar wenige hundert Ampere auf, ein Kontrolllämpchen 0,08 A
und an beidem ist nix "ungesund" - etscheidend ist die Leistung, die gewünscht ist:
Der Starter muss ein paar Kilowatt leisten, das Glühfädchen im Lamperl glüht schon mit 1 Watt.
Das verstehe ich nicht ganz, warum liefern die Ladungsträger nicht immer Energie?
Die Ladungsträger liefern immer Leistung,
aber es ist nicht egal, ob die 5 A von einer Autobatterie kommen oder von der Netz-Steckdose:
Die Leistung ist eben das PRODUKT von Strom x Spannung!

Du kannst dir das einfach mit Wasserkraft vorstellen:
Die Liter/min sagen wenig darüber aus, was man damit anstellen kann:
Das aus einem angestochenen Nylonsackerl fließende Wasser ist recht harmlos,
aber mit der gleichen Wassermenge aus dem Hochdruckreiniger kann man ganz schön was anstellen!
Aber wie gibt ein Elektron Energie genau ab?

1. Beim Lautsprecher würden mehr Elektronen die eine Spule pro Zeit durchfließen dann ein stärkeres Magnetfeld erzeugen sodass der Schwingspulenträger stärker auslenkt. Wo genau wird hier die Energie abgegeben?

2. Gehen bei einer Batterie Elektronen "verloren" und deswegen nimmt die Spannung einer Batterie auch ab? (Unterschied von Elektronen an Plus/Minus)
1. Das hast du schon richtig erkannt, aber um mehr Strom für ein stärkeres Magnetfeld fließen zu lassen,
braucht man eben mehr Spannung und Spannun x Strom = Leistung.
Dabei wird ein bisschen Energie über die Membrane an die Luft abgegeben
aber der größte Teil aber in Wärme umgewandelt.

2. Du kannst dir eine Batterie als chemische Elektronen-Pumpe vorstellen:
Die saugt an ihrem Plus-Pol Elektronen an und pumpt sie an ihrem Minuspol in den Stromkreis.
Die Elektronen-Anzahl bleibt dabei immer gleich, denn sonst wäre ja die Batterie elektrisch geladen!
Die Batteriespannung nimmt bei der leeren Batterie ab, weil der die Spannung erzeugende Chemismus "verbraucht" ist.
 
2. Gehen bei einer Batterie Elektronen "verloren" und deswegen nimmt die Spannung einer Batterie auch ab? (Unterschied von Elektronen an Plus/Minus)
Hallo Muimui55,
ergänzend zu derschwarzepeters Beschreibung kann man noch sagen, dass der Grund für eine entladene Batterie der Effekt ist, dass ungleiche Ladungen sich anziehen.
Eine voll geladene Batterie kannst du dir so vorstellen, dass am Minuspol ein Elektronenüberschuss (negative Ladungen) im Vergleich zum Pluspol herrscht (positive Ladungen). Die Elektronen am Minuspol haben das Bedürfnis zum Pluspol zu wandern wegen der gegenseitigen Anziehung der dort vorhandenen Protonen.
Je höher der Eletronenüberschuss an der Minusseite, desto höher das Bestreben diesen Elektronenunterschied, man sagt auch Potentialunterschied auszugleichen und da wären wir bei dem Begriff Spannung.
Klemmt man einen Verbraucher an die Batterie haben die Elektronen nun endlich die Möglichkeit ihrem starken Bedürfnis nachzugehen und strömen mit Volldampf, soweit es der Widerstand des Verbrauchers zulässt Richtung Pluspol. An dieser Stelle wäre man bei dem Begriff Strom.
Dieses Bedürfnis lässt jedoch mit der Zeit nach(Spannung wird geringer), weil die Ladungen sich an beiden Polen immer weiter ausgleichen.
Irgendwann gibt es keinen Elektronenüberschuss, somit kein Potentialunterschied der beiden Pole und somit keine Spannung mehr.
Die Ladungen haben sich ausgeglichen, der Strom fließt nicht mehr und umgangssprachlich sagt man an dieser Szelle :"Die Batterie ist leer".
Diesem Zustand kann man entgegen wirken indem man sie lädt.
Durch das Chemiezeug darin werden die Ladungen wieder voneinander getrennt und man hat wieder einen Elektronenüberschuss am Minuspol, somit eine Potentialdifferenz und daher auch wieder eine Spannung.

Kleine Analogie zu dem Beschriebenen wären zwei gleichhohe Zylinder.
In dem einen ist jedoch mehr Wasser drin (Minuspol) und somit hat dieser ein höheres Potential gegenüber dem Zylinder mit weniger Wasser(Pluspol).
Je höher nun das Wasser in dem einen Zylinder, desto höher das Bestreben in den anderen Zylinder zu fließen.
Gibt man nun dem Wasser unten durch ein Rohr die Möglichkeit von einem Zylinder in den anderen zu fließen, dann passiert das auch solange, bis beide Höhenpotentiale ausgeglichen sind. Somit gibt es kein Potentialunterschied und demzufolge auch kein Stromfluss mehr.
Äh ich meine natürlich Wasserfluss. :)
Am liebsten würde ich jetzt an dieser Stelle sagen, die Zylinder sind jetzt leer.

Das ganze Beschriebene bezieht sich hier natürlich nur auf die physikalische Stromrichtung von Minus nach Plus.
 
Ein PKW-Starter nimmt ein paar wenige hundert Ampere auf, ein Kontrolllämpchen 0,08 A
und an beidem ist nix "ungesund" - etscheidend ist die Leistung, die gewünscht ist:
Also würde man bei einer Dimensionierung wie folgt vorgehen: Man hat die Lampe als Verbraucher und die benötigt 8W. Diese Leistung könnte ich jetzt theoretisch aus einer beliebigen Kombination aus Spannung x Stromstärke erreichen. Technisch gesehen möchte man aber vermutlich den Widerstand und damit die Verlustleistung besonders gering halten. Deswegen sucht man eine Spannungsquelle, die bei einem möglichst geringen Widerstand gerade den Strom erzeugt, der nötig ist um 8 Watt zu erzeugen? Angenommen ein Widerstand von 2 Ohm wäre ideal, dann würde man eine Spannungsquelle von 4V nehmen, damit sich ein Strom von 2A einstellt. (Habe das über ein Gleichungssystem aufgestellt, aber das kann so in der Praxis ja nicht funktionieren..) Falls das so stimmt, wäre der limitierende Faktor also der kleinst möglich zu realisierende Widerstand. Aus dem geht dann hervor wie klein die Spannungsquelle höchstens sein kann, dass mit dem Strom, den diese dann erzeugt, genug Leistung geliefert wird.

Das erlaubt die Auswahl bzw. Dimensionierung der Spannungsquelle:
Wenn da draufsteht 9 V / 5 A wird der Verbraucher nicht an einer 9 V-Blockbatterie funktionieren,
denn deren Klemmenspannung bricht bei dieser Belastung gnadenlos zusammen.
Durch den Verbraucher fließt natürlich TROTZDEM Strom, aber viel zu wenig,
weil die Spannung ist für die Funktion nicht ausreichend ist.
Die Blockbatterie funktioniert hier deshalb nicht, weil sie nur für Verbraucher, die wenig Leistung benötigen, ausgelegt ist. Bei einer Angabe von 9V / 0,1A könnte man die aber nutzen? Warum kann diese Batterie denn keinen hohen Strom aushalten, bzw. erzeugen? (Keine chem. Erklärung notwendig, falls zu aufwändig)

Zur Dimensionierungshilfe: Wenn auf meinem Verbraucher also die Angabe 9V / 5A steht, dann bedeutet das, dass er einen Innenwiderstand von 1,8 Ohm hat? Jetzt könnte man aber um auf die Leistung von 45 Watt zu kommen, die Spannung ja beliebig hoch wählen und den Strom sehr klein. Ist es aber so, dass man immer eine bestimmte Leistung BEI einem bestimmten Strom (Angabe auf Verbraucher) benötigt? Und daraus ergibt sich dann die Dimensionierung der Spannungsquelle?


Jetzt wo ich das mit der Batterie besser verstehe, an dieser Stelle auch vielen Dank an Baam, für die Ausführung, würde mich noch das mit der Energieerhaltung interessieren. Alsoo der Batterie wird beim Ladevorgang Energie zugefügt, sodass sich ein Potentialunterschied einstellt. Dieser Potentialunterschied wird bei einem Anschluss an den Verbraucher langsam abgebaut und die verlorene Energie wird dafür "verwendet" dass die Elektronen sich durch die Leiter/Verbraucher bewegen. Dabei entsteht zum einen Reibung und dann Wärme (Kabel, Glühbirne) aber es wird beispielsweise auch ein Magnetfeld aufgebaut (Wie bei dem Lautsprecher). Dieses Magnetfeld führt dazu, dass akustische Leistung abgegeben wird. Hier verstehe ich nicht ganz, wie der Energiefluss funktioniert. Hängt das mit dem Widerstand zusammen? Heißt eine Spule hat konstruktionsbedingt einen größeren Widerstand als eine Stromleitung, benötigt deshalb eine höhere Spannung und verbraucht somit mehr gespeicherte Energie? Dann kommt es zu einem Spannungsabfall am Verbraucher, aber so richtig vorstellen kann ich mir diesen Spannungsabfall nicht, denn der Potentialunterschied der Batterie ist ja immer noch gleich.

Tut mir leid, wenn das hier ein bisschen ausartet! Ich bin sehr dankbar für die Erklärungen!
 
Man hat die Lampe als Verbraucher und die benötigt 8W
Mit dieser Leistungsangabe und meist der Spannungsangabe, sagen wir mal 9 Volt, ist der Widerstand schon vorgegeben an dem du nichts mehr ändern kannst, weil man diese Lampe ebend so entwickelt hat.
Dann hat man auch schon vorgesehen wieviel Strom trotz diesem Widerstand fließen muss, damit die Lampe ihre Funtkion erfüllt.
Jetzt hast du die Möglichkeit entweder zu schauen wo du eine Spannungsquelle mit 9V oder eine Stromquelle die einen Strom von I=P/U = 8W/9V = 889mA liefert herbekommst, um die 8Watt abzudecken.
Bei der Stromquelle mit 889mA wird sich die Spannung von 9V automatisch am Verbraucher einstellen und an einer Spannungsquelle von 9V wird sich der Strom automatisch auf die 889mA einstellen.
In beiden Fällen aufgrund des Widerstandes des Verbrauchers.
Meist hat man es jedoch mit Spannungsquellen zutun die einen umgeben.
Und wie du schon richtig sagst:
Diese Leistung könnte ich jetzt theoretisch aus einer beliebigen Kombination aus Spannung x Stromstärke erreichen.

Auch hier:
Zur Dimensionierungshilfe: Wenn auf meinem Verbraucher also die Angabe 9V / 5A steht, dann bedeutet das, dass er einen Innenwiderstand von 1,8 Ohm hat?
Genau das bedeutet es. Bei 9 Volt Spannu gsquelle fließt ein Strom von 5A und das kann nach dem Ohmschen Gesetz nur dann klappen, wenn der Widerstand des Verbrauchers 1,8 Ohm beträgt.
Jetzt könnte man aber um auf die Leistung von 45 Watt zu kommen, die Spannung ja beliebig hoch wählen und den Strom sehr klein.
Wenn du an dem Verbraucher mit den nicht veränderbaren 1.8 Ohm die Spannung erhöhst, was passiert dann wohl mit dem Strom?
Genau, dieser steigt auch mit an und irgendwann raucht der Verbraucher ab, weil an diesem Leistung > 45Watt umgesetzt wird.
Bei einer Angabe von 9V / 0,1A könnte man die aber nutzen? Warum kann diese Batterie denn keinen hohen Strom aushalten, bzw. erzeugen?
Man betrachtet häufig eine Spannungsquelle als ideal.
Eine reale Spannungsquelle wie eine Blockbatterie hat noch einen Innenwiderstand in REIHE.
Würdest du die Batterie kurzschließen, würde dieser Widerstand den max. Strom begrenzen.
Wenn du nun die reale Spannungsquelle mit einem Verbraucher der eine sehr hohe Leistung benötigt verbindest, dann fließt zwar ein hoher Strom, aber die Spannung am Verbraucher und somit die Leistung bricht ein, weil an dem in REIHE liegenden Innenwiderstand der Quelle auch ein Teil der Spannung mit steigendem Strom, zunehmend abfällt.
Man nennt dann die übrig bleibende Spannung am Verbraucher auch Klemmspannung.
Diese hast du immer dann anliegen, wenn die Spannungsquelle belastet wird.
Bei einer unbelasteten Spannungsquelle spricht man von Quellspannung.

Hier verstehe ich nicht ganz, wie der Energiefluss funktioniert. Hängt das mit dem Widerstand zusammen? Heißt eine Spule hat konstruktionsbedingt einen größeren Widerstand als eine Stromleitung, benötigt deshalb eine höhere Spannung und verbraucht somit mehr gespeicherte Energie?
Bei einer Spule wird elektrische Energie zur magnetischen Energie umgewandelt.
Was auch den Hub wegen dem Elektromagneten(Spule) und dem Dauermagneten eines Lautsprechers erklärt.
An den Anschlussklemmen eines Lautsprecher liegt ja auch nicht eine Gleichspannung an, weil man das Magnetfeld auch umpolen muss, damit eine Hub- und Senkbewegung entsteht an der Membran.
Somit eher eine Wechselspannung mit unterschiedlichen Frequenzen.
Bis dieses Signal am Lautsprecher ankommt wird es noch vorher von ICs aufbereitet.
Wie es sich dort jetzt genau mit den Leistungen verhält kann ich dir nicht erklären.
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Also würde man bei einer Dimensionierung wie folgt vorgehen: Man hat die Lampe als Verbraucher und die ...
... soll in einem PKW-12V-Bordnetz 6W liefern - dann muss die einen Glühfaden mit 24 Ohm haben.
Wenn wir das aber in einem LKW mit 24 V-Bordnetzspannung einbauen wollen, müssen wir den 96 Ohm machen.
In beiden Fällen wird die Lampe genau gleich hell leuchten:
Im PKW zieht die 0,5 A, was mit 12 V 6 Watt ergibt, im LKW nur 0,25 A mal 24 V ist auch 6 W.
Keine Lösung ist "besser":
Man muss den Verbraucher-Widerstand entsprechend der Versorgungsspannung und der gewünschten Leistung dimensionieren.

Die Blockbatterie ist nur für Verbraucher, die wenig Leistung benötigen, weil die einen relativ hohen Innenwiderstand hat.
Schaltet man 2 Stk. 9V-Batterien parallel, so hat das den halben Innenwiderstand und kann den doppelten Strom liefern.

Zur Dimensionierungshilfe: Wenn auf meinem Verbraucher also die Angabe 9V / 5A steht, dann bedeutet das, dass er einen Innenwiderstand von 1,8 Ohm hat? Jetzt könnte man aber um auf die Leistung von 45 Watt zu kommen, die Spannung ja beliebig hoch wählen und den Strom sehr klein. Ist es aber so, dass man immer eine bestimmte Leistung BEI einem bestimmten Strom (Angabe auf Verbraucher) benötigt? Und daraus ergibt sich dann die Dimensionierung der Spannungsquelle?
Du kannst du natürlich auch die Spannungsquelle nach dem Verbraucherwiderstand dimensionieren,
aber üblicherweise ist das umgekehrt:
Wenn du deine Heizung für die Werkstätte dimensionieren willst, hast du ja die Netzspannung schon vorgegeben!

Jetzt wo ich das mit der Batterie besser verstehe, an dieser Stelle auch vielen Dank an Baam, für die Ausführung, würde mich noch das mit der Energieerhaltung interessieren. Alsoo der Batterie wird beim Ladevorgang Energie zugefügt, sodass sich ein Potentialunterschied einstellt. Dieser Potentialunterschied wird bei einem Anschluss an den Verbraucher langsam abgebaut und die verlorene Energie wird dafür "verwendet" dass die Elektronen sich durch die Leiter/Verbraucher bewegen.
Yupp!
Dabei entsteht zum einen Reibung und dann Wärme (Kabel, Glühbirne) aber es wird beispielsweise auch ein Magnetfeld aufgebaut (Wie bei dem Lautsprecher). Dieses Magnetfeld führt dazu, dass akustische Leistung abgegeben wird.
Nein:
Sobald sich die Schwingspule des Lautsprechers bewegt, wird in die eine Spannung induziert, die der ursprünglichen Spannung entgegenwirkt.
Infolgedessen wird weniger Strom aufgenommen, als man bei "gleichstrommäßiger Betrachtung" erwarten würde:
Ein 8 Ohm-Lautsprecher wirkt in manchen Betriebsbereichen oft so, als hätte er bis zu 50 Ohm!
 
So habe leider erst jetzt wieder Zeit gefunden!


Bei der Stromquelle mit 889mA wird sich die Spannung von 9V automatisch am Verbraucher einstellen und an einer Spannungsquelle von 9V wird sich der Strom automatisch auf die 889mA einstellen

Wie kann man sich denn eine Stromquelle vorstellen, bzw das Einstellen einer Spannung? Wodurch wir der Strom hier "angetrieben"? In meinem Verständnis, keine Spannung --> kein Strom

Man muss den Verbraucher-Widerstand entsprechend der Versorgungsspannung und der gewünschten Leistung dimensionieren.
Optimal, genau sowas wollte ich hören!
Die Blockbatterie ist nur für Verbraucher, die wenig Leistung benötigen, weil die einen relativ hohen Innenwiderstand hat.
Schaltet man 2 Stk. 9V-Batterien parallel, so hat das den halben Innenwiderstand und kann den doppelten Strom liefern.
Das mit dem Innenwiderstand macht Sinn. Aber in der Theorie fließt U ja quadratisch in die Leistung ein und R nur einfach. Demnach könnte ich ja bei einer Reihenschaltung die Leistung beliebig dadurch anheben, dass die Spannung steigt, der Strom gleich bleibt und der Widerstand linear zur Spannung steigt. Brät der Widerstand irgendwann durch, wenn man die Spannung zu hoch schraubt, weil er eine zu Hohe Leistung umsetzten muss, um den Strom gleich zu halten? Und würde das bei einer Batterie mit geringerem Innenwiderstand auch passieren, nur erst bei einer höheren Leistungsabgabe? (größeres U) Ich denke, das folgende Zitat ist direkt auf diesen Fall bezogen nur am Beispiel eines externen Verbrauchers?
Wenn du an dem Verbraucher mit den nicht veränderbaren 1.8 Ohm die Spannung erhöhst, was passiert dann wohl mit dem Strom?
Genau, dieser steigt auch mit an und irgendwann raucht der Verbraucher ab, weil an diesem Leistung > 45Watt umgesetzt wird.
Wenn du nun die reale Spannungsquelle mit einem Verbraucher der eine sehr hohe Leistung benötigt verbindest, dann fließt zwar ein hoher Strom, aber die Spannung am Verbraucher und somit die Leistung bricht ein, weil an dem in REIHE liegenden Innenwiderstand der Quelle auch ein Teil der Spannung mit steigendem Strom, zunehmend abfällt.
Das würde ich noch gern verstehen. Ein hoher Strom stellt sich ein, weil Netzspannung gegeben und Verbraucher, die viel Leistung benötigen einfach mit geringen Innenwiderstand ausgelegt werden? Und warum fällt mehr Spannung mit zunehmenden Strom am Innenwiderstand ab?
Man nennt dann die übrig bleibende Spannung am Verbraucher auch Klemmspannung.
Diese hast du immer dann anliegen, wenn die Spannungsquelle belastet wird.
Bei einer unbelasteten Spannungsquelle spricht man von Quellspannung.
Cool, jetzt weiß man das auch endlich mal ! :-)
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Wie kann man sich denn eine Stromquelle vorstellen, bzw das Einstellen einer Spannung? Wodurch wir der Strom hier "angetrieben"? In meinem Verständnis, keine Spannung --> kein Strom
Ein Strom wird immer von einer Spannung angetrieben, auch wenn die dort, wo der Strom fließt, nicht messbar ist:
Stell dir doch nur vor, die 9V-Batterie wäre mit einem Stück Draht kurzgeschlossen!
Da fließt zweifellos ein Strom, aber Spannung kannst du keine mehr messen - die fällt am Innenwiderstand der Batterie ab.

Eine Stromquelle ist eine idealisierte Quelle, wo IMMER der gleiche Strom rauskommt, EGAL welcher Widerstand dranhängt.
Eine STROMquelle ist eine idealisierte Quelle, wo IMMER der gleiche Strom rauskommt, EGAL welcher Widerstand dranhängt.
PRAKTISCH sind Quellen natürlich nicht ideal - was ist schon ideal? -,
d.h. die Spannung einer Spannungsquelle sinkt, je mehr Strom man entnimmt und der hat damit natürlich auch eine Grenze
und der Strom einer Stromquelle wird ab einer gewissen Spannung zurückgehen.
Trotzdem ist diese Betrachtungsweise sinnvoll,
denn eine Autobatterie ist mit einem Innenwiderstand von vielleicht 0,01 Ohm schon FAST eine ideale Spannungsquelle.
Das würde ich noch gern verstehen. Ein hoher Strom stellt sich ein, weil Netzspannung gegeben und Verbraucher, die viel Leistung benötigen einfach mit geringen Innenwiderstand ausgelegt werden? Und warum fällt mehr Spannung mit zunehmenden Strom am Innenwiderstand ab?
Mit "Innenwiderstand" bezeichnet man den Widerstand IN der Spannungsquelle,
d.h. im konkreten Fall den des Netzes und der wird recht klein sein, weil man da heftig Strom entnehmen kann.
Infolgedessen ändert sich die Netzspannung (fast) nicht, wenn man da einen Verbraucher(-Widerstand) dranhängt.
 
derschwarzepeter hat alles schon ziemlich gut erklärt.
Da lerne ich auch noch was dazu!

Auf einige Punkte möchte ich auch nochmal eingehen.
dass die Spannung steigt, der Strom gleich bleibt und der Widerstand linear zur Spannung steigt
Genau, wenn du die Spannung anhebst und proportional dazu den Widerstand, dann bleibt der Strom gleich.
Wie du aber schon sagst hat der Widerstand eine Leistungsgrenze und brät weg, weil P=UxI .
I bleibt in dem Fall gleich, U steigt und dementsprechend auch die zugeführten Leistung P die irgendwann die Leistung des Verbrauchers übersteigt.
Das würde ich noch gern verstehen. Ein hoher Strom stellt sich ein, weil Netzspannung gegeben und Verbraucher, die viel Leistung benötigen einfach mit geringen Innenwiderstand ausgelegt werden? Und warum fällt mehr Spannung mit zunehmenden Strom am Innenwiderstand ab?
Wir gehen mal von einer Autobatterie aus, die auch einen Innenwiderstand hat.
Würdest du ohne einen Verbraucher anzuschalten die Spannung messen, dann würdest du die QUELLSPANNUNG messen, weil kein Strom fließt und nichts am Innenwiderstand abfällt.

Jetzt machst du viele Verbraucher an (Licht, Scheibenheizung, Gebläsemotor).
Alles was elektrische Leistung benötigt.
Mit jedem zuschalten des Verbrauchers fließt immer mehr Strom über den Innenwiderstand.
Somit fällt immer mehr Spannung an diesem ab und weniger bleibt für die ganzen Verbraucher.
Würde man jetzt die Spannung an der Batterie messen, wäre es die KLEMMSPANNUNG die bis zu einem gewissen Maß unter der Quellspannung liegen darf(Innenwiderstand ist sehr klein und alles ist cool).
Wird das Maß extrem überschritten, ich sag jetzt einfach mal 5V Unterschied zwischen den beiden Spannungen, dann kann man davon ausgehen, dass aufgrund des Alters der Batterie der Innenwiderstand sehr hoch geworden ist und dort zu viel an Spannung verloren geht und somit zu wenig für die zugeschalteten Verbraucher übrig bleibt.

Im Anhang mal etwas fürs Auge.
Je mehr Verbraucher man parallel zuschalten würde, desto größer der Gesamtstrom Ig, umso größer der Spannungsabfall Uri am Innenwiderstand Ri, umso geringer die Klemmspannung für alle dahinter folgenden Verbraucherwiderstände.
 

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Mit jedem zuschalten des Verbrauchers fließt immer mehr Strom über den Innenwiderstand.
Darauf hat meine Frage ein bisschen abgezielt. Ziehen sich die Verbraucher praktisch mehr Strom aus der Batterie, oder wie kann man sich das genau vorstellen? Ahhh weil sich die Widerstände verringern in Parallelschaltung. (Schaubild 👌👌) Irgendwie zwar nicht sehr intuitiv, aber mathematisch passts! Und die Widerstände der Verbraucher sind abhängig von der Spannungsquelle immer genauso dimensioniert, das gerade genug Spannung am Verbraucher abfällt um die nötige Leistung zu erreichen. Und klar, damit wird der Innenwiderstand immer stärker belastet und der Spannungsabfall in der Batterie nimmt zu (ist das der Vorgang des Durchbrennens?) --> Klemmspannung sinkt und dadurch sind die Widerstände der Verbraucher für die nun vorliegende Spannung überdimensioniert und Leistung aus U x I reicht nicht mehr aus. Logik korrekt?
Wird das Maß extrem überschritten, ich sag jetzt einfach mal 5V Unterschied zwischen den beiden Spannungen, dann kann man davon ausgehen, dass aufgrund des Alters der Batterie der Innenwiderstand sehr hoch geworden ist und dort zu viel an Spannung verloren geht und somit zu wenig für die zugeschalteten Verbraucher übrig bleibt.
Nach der Erklärung obendrüber, würde der Innenwiderstand aber nicht nur altersbedingt viel Leistung fressen (stimmt das so überhaupt oder sinkt die Spannung der Batterie einfach durch Entladung, also altersbedingt), sondern eben auch wenn zu viele Verbraucher angeschlossen sind?
 
Ahhh weil sich die Widerstände verringern in Parallelschaltung.
Genau, dazu kann man noch sagen:
Der Gesamtwiderstand einer Parrallelschaltung ist kleiner als der kleinste Einzelwiderstand.

Jup, die Spannungsquelle ist überlastet.
Ja, ich persönlich sehe das auch so.

Nach der Erklärung obendrüber, würde der Innenwiderstand aber nicht nur altersbedingt viel Leistung fressen (stimmt das so überhaupt oder sinkt die Spannung der Batterie einfach durch Entladung, also altersbedingt), sondern eben auch wenn zu viele Verbraucher angeschlossen sind?
Nein nicht nur altersbedingt, stimmt.
Die Klemmspannung würde auch schneller sinken, wenn mehr Verbraucher angeschlossen werden wegen dem bereits erwähnten höheren Ig und auch wegen dem Thema Potentialausgleich, der würde ebend auch das Sinken der Klemmspannung begünstigen.
Immer dran denken: Unterschiedliche Ladungen haben übelst das große Bedürfnis sich auszugleichen. Das einzige was die daran hindert sind Widerstände.
Je weiter der Ausgleichprozess voranschreitet, desto geringer die Spannung an einer Quelle(Akkus, Batterien).

Wie auch hier schon bereits erwähnt
Trotzdem ist diese Betrachtungsweise sinnvoll,
denn eine Autobatterie ist mit einem Innenwiderstand von vielleicht 0,01 Ohm schon FAST eine ideale Spannungsquelle.
ist der Widerstand zwar gering aber man sollte doch schon zwischen ideal und real für ein besseres Verständnis unterscheiden.
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Ziehen sich die Verbraucher praktisch mehr Strom aus der Batterie, oder wie kann man sich das genau vorstellen? Ahhh weil sich die Widerstände verringern in Parallelschaltung.
Stell dir vor, du willst aus 12W-Lampen eine Lichterkette bauen und die mit der Autobatterie (Innenwiderstand 0,012 Ohm) versorgen.
1 so ein Lamperl hat 12 Ohm, zieht 1 A und das verursacht am Innenwiderstand einen Spannungsabfall von 12 Millivolt.
Nachdem eine 12 V-Batterie nur sehr selten 12 V hat (voll geladen: ca. 13V, ziemlich leer ca. 11 V, dawzischen halt teilentladen),
fallen die 12 Millivolt "Spannungseinbruch durch Belastung" nicht auf.

Jetzt ist 1 Lamperl keine Lichterkette - wir nehmen 10 Lamperl:
JEDES zieht 1 A, macht 10 A (die Parallelschaltung von 10 Stk. 12 Ohm-Lampen hat 1,2 Ohm)
und der Spannungsabfall am Innenwiderstand der Batterie beträgt ca. 0,12 V - das fällt immer noch nicht auf.

10 Lamperl sind immer noch eine erbärmliche Lichterkette - nemma 100 Lamperl:
JEDES zieht 1 A, macht 100 A (die Parallelschaltung von 100 Stk. 12 Ohm-Lampen hat 0,12 Ohm)
und der Spannungsabfall am Innenwiderstand der Batterie beträgt 1,2 V - die Lamperl leuchten damit ein bissi dunkler.

Deine Freundin will aber mit der Lichterkette "ALLES GUTE ZUM GEBURTSTAG FLO" schreiben,
wofür 1000 Lampen herhalten sollen (25 Buchstaben a 40 Buchstaben).
Die Parallelschaltung von 1000 Stk 12 Ohm-Lampen hat 0,012 Ohm;
es fließt ein Gesamt-Strom von I = 12 V / (0,012 Ohm Innenwiderstand + 0,012 Ohm Lampen) = 500 A
anstatt den 1000 A, die man für richtig leuchtende 1000 Lampen brauchen würde.
Der Spannungsabfall am Innenwiderstand der Batterie beträgt 6 V, an den Klemmen bleiben nur mehr 6 V über
und die Lampen werden ziemlich düster leuchten und das nicht lang, dann ist die Batterie leer.
=> Für 1000 Stk. 12 W-Lampen ist die Autobatterie zu schwach.
(Von "durchbrennen" ist da noch immer keine Rede, wenn die Leitungen ausreichend dimensioniert sind.)
 
Dann wirds ja so langsam :-)
=> Für 1000 Stk. 12 W-Lampen ist die Autobatterie zu schwach.
Die Erklärung war wirklich super, so in etwas hab ich mir das vorgestellt, aber jetzt ist es richtig gesunken!

Und jetzt habe ich auch aktuell keine weitern Fragen mehr !

Vielen Vielen Dank an euch beide, das Ganze hat mir wirklich sehr weitergeholfen. Habe nicht mit so ausführlichen und schnellen Antworten gerechnet, so macht das Spaß!

Ich wünsche euch noch einen angenehmen Sonntag und viele Grüße,

Philipp
 
Hallo zusammen! Mir kam eben noch eine Frage auf:

Und zwar liest man überall, dass eine Spannungsquelle mit einer zu hohen Ampere-Angabe, den Vebraucher nicht beschädigt. Rechnerisch würde eine Spannungsquelle mit sagen wir mal doppelter Ampereangabe bei gleicher Spannung aber auch einen halbierten Innenwiderstand aufweisen. Dadurch wird ja auch der Strom, der sich einstellt erhöht und somit auch die Leistung, die am Verbraucher abfällt. Ist das in der Praxis nur nicht relevant, weil der Innenwiderstand der Quelle << Verbraucherwiderstand ist und somit keine große Auswirkung auf die Leistungsaufnahme des Verbrauchers hat? Ich könnte also statt einem 9V 250mA Netzteil auch Problemlos ein 9V 750mA Netzteil nutzen? Gibt es hier eine Grenze?

Nach unten hin ist die Ampereangabe allerdings begrenzt weil das Netzteil sonst einen zu hohen Innenwiderstand aufweisen würde und etwas zu wenig Leistungsaufnahme eher auffällt als zu viel?

Und generell kann man sagen, um nochmal das Glühlampenbeispiel aufzugreifen, wenn eine Spannungsquelle einen sehr geringen Innenwiderstand hat, fällt dieser bei der Stromberechnung rechnerisch erst später ins Gewicht (nämlich bei eine hoher Anzahl von parallelgeschalteten Verbrauchern, deren Gesamtwiderstand sich dem Innenwiderstand der Quelle annähert), als bei einer Spannungsquelle mit größeren Innenwiderstand. Deswegen könnte ein 9V 750mA Netzteil mehr Verbraucher Versorgen, als ein 9V 250mA Netzteil. Ist es hier technisch korrekt zu sagen, dass das eine mehr Leistung bringen kann als das andere, nämlich genau 3mal so viel? Und der einzige Unterschied beider Spannungsquellen ist der 3mal so kleine Innenwiderstand?

Viele Grüße,

Philipp
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Alles richtig verstanden,
nur wird der Innenwiderstand nicht in JEDEM Fall mit dem Strom-Liefervermögen zusammenhängen:

Ein elektronisches Netzteil kann aufgrund der Regelung einen unglaublich niedrigen Innenwiderstand aufweisen,
hat aber dennoch einen, dann in der Regel genau und "hart" begrenzten maximalen Strom, den es liefern kann.
(Z.B. wird ein elektronisch geregeltes 12V 1A Netzteil nicht mehr als das 1 A liefern können,
aber zwischen Leerlauf und Volllast kaum einem Spannungsverlust haben, d.h. extrem niedrigen Innenwiderstand.)

Eine große Batterie hat vergleichsweise größeren Innenwiderstand, kann aber dennoch mehr Strom liefern.
 
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