Anfänge der Elektrotechnik, von Spannung über Schaltungen
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ᐅ Anfänge der Elektrotechnik, von Spannung über Schaltungen

Anfänge der Elektrotechnik, von Spannung über Schaltungen

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Spannung / Stromstärke / Widerstand

 

  • elektrische Spannung:
    • Einheit: Volt
    • Zeichen: U
    • Definition: Ist der Ladungsunterschied zweier Körper
    • Einbauen eines Voltmeters: Immer an der Stromquelle

 

  • elektrische Stromstärke:
    • Einheit: Amper (mA)
    • Zeichen: I
    • Definition: Menge von Elektronen die in 1 s durch den Leiter fließen
    • Einbauen eines Ampermeters:

 

  • elektrischer Widerstand:
    • Einheit: Ohm (Ω)
    • Zeichen: R
    • Definition: Elektronen werden durch Atome am Elektronenfluss behindert

 

  • Potentiometer:
    • Veränderbarer Widerstand

 

  • Zusammenhang Spannung/Stromstärke/Widerstand
    • Verdoppelt man bei gleicher Spannung den Widerstand, so wird die Stromstärke: kleiner
    • Halbiert man bei gleichem Widerstand die Stromstärke, so wird die Spannung: kleiner
    • Verdoppelt man den Widerstand einer Schaltung und will trotzdem die gleiche Stromstärke haben, muss die Spannung: halbiert werden

 

  • Von welchen Faktoren hängt der Widerstandswert eines Drahtwiderstandes ab?
    • Länge
    • Querschnittsfläche
    • Material

 

  • Serienschaltung von Widerständen:
    • Rges = R1 + R2
    • Iges = I1 = I2
    • Uges = U1 + U2

 

  • Paralellschaltung von Widerständen:
    •  1/Rges = 1/R1 + 1/R2
    • Iges = I1 + I2
    • Uges = U1 = U2

 

 

Spannungsquellen

 

Was ist elektrische Spannung:

  • Unter der elektrischen Spannung verstehen Physiker den Anteil der Elektronen
  • Zwischen zwei Körpern liegt eine Spannung vor, wenn sie verschieden elektr. Geladen sind
  • Die Spannung ist umso größer, je größer der Ladungsunterschied ist.
  • Die Spannungsquelle besitzt am Minuspol einen Überschuss an Elektronen, am Pluspol herrscht Elektronenmangel
  • Beispiele für Spannungsquellen sind: Batterien, Solarzellen, Generatoren
    • Man misst die Spannung mit einem Voltmeter
    • Einheit der Spannung : 1 Volt

 

  • Galvanische Zellen:
    • bestehen aus: 2 untersch. Metallen und einem Elektrolyt
    • am Minuspol löst sich ein unedler Metall
    • das edle am Pluspol

 

 

Elektrische Stromstärke und Leiter

 

  • Stromstärke:
    • Die Intensität (Menge der Elektronen) in den Leitungen
    • Angetrieben durch die Spannung bewegen sich Elektronen vom –Pol → +Pol
    • Die technische Stromrichtung ist genau umgekehrt (+ → –)
    • misst man mit dem Amperemeter
    • Einheit: 1 Amper (1 mA)

 

 

  • Leiter Nichtleiter:
    • Beispiele für elektrische Leiter sind Metalle und Kohlenstoff in Form von Grafit
    • Flüssigkeiten leiten Strom wenn sie Säuren (Ionen) enthalten
    • Nichtleiter (Isolatoren) enthalten keine beweglichen Elektronen oder Ionen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Elektrischer Widerstand Ω

 

  • jedes Gerät setzt dem Stromfluss einen Widerstand entgegen
  • Der elektrische Widerstand entsteht dadurch, dass Atome des Leiters die Bewegung der Elektronen behindern.
  • Einheit des Widerstandes: Ohm (1 Ω)

 

  • Festwiderstände:
    • legen die Stromstärke im elektrischen Schaltkreis fest

 

  • Messgerät: Ohmmeter

 

  • Regelwiderstände:
    • können Schiebe oder Drehwiderstände (Potentiometer) sein
    • Anwendungsbeispiele: Lautstärke / Lichtstärke / Wärmeregler

 

 

 

Ohmsches Gesetz 1:

 

                   Wiederholung:

  • Je größer Elektronenunterschied, desto größer elektrische Spannung
  • Je stärker Elektronenfluss, desto höher die Stromstärke
  • Eigenschaft elektrische Stromstärke zu vermindern: elektrischer Widerstand

Elektrische Größe

Zeichen

Einheit

Elektrische Spannung

U

Volt

Elektrische Stromstärke

I

Amper

Elektrischer Widerstand

R

Ohm

 

 

Zusammenhang zw. Elektrische Spannung, Elektrische Stromstärke und Elektrischer Widerstand in einem Stromkreis : Ohmsches Gesetz

 

→ U = R*I

→ I = U/I

         → R = U/I

 

  • Beweise:
    • Verdoppelt sich im Stromkreis die Spannung, so wird die Stromstärke verdoppelt
    • Verdoppelt sich im Stromkreis der Widerstand, so wird die Stromstärke halb so groß

 

 

 

Ohmsches Gesetz 2 Kennlinie

 

 

Mann kann für die Spannung und die Stromstärke ein Kennlinie konstruieren. Diese ist in unseren Fällen immer eine gerade.

 

z.B.

 

 

  • Kennlinie ist eine spezielle Gerade
  • Die Kennlinie eines Ohmschen Widerstandes ist immer eine Gerade die durch den Ursprung geht
  • Aus der Steigerung der Kennlinie kann man auf den Widerstand schließen
  • – je steiler desto kleiner ist der Widerstand.

 

 

 

 

 

 

 

Drahtwiderstände

 

Länge:

  • Je länger der Draht, desto größer der Widerstand
  • Halbe Länge ergibt halber Widerstand

 

Querschnittsfläche:

  • Je größer die Querschnittsfläche, desto kleiner der Widerstand
  • Doppelter Querschnitt ergibt den halben Widerstand

 

Material:

  • Der Widerstand eines Drahtes hängt auch vom Material ab
  • Der Kupferdraht besitzt einen sehr kleinen Widerstand
  • Heizdrähte müssen einen sehr hohen Widerstand haben. Sie bestehen z.B. aus Konstantan, einer Legierung aus (Kupfer – Nickel – Mangan – Legierung)
  • Beispiele wo Drähte benutzt werden: Toaster, Wasserkocher, Bügeleisen, Föhn, Lötkolben, Kaffeemaschine
  • Drähte in Leitungen sollen nicht erhitzen und bestehen aus Metallen mit kleinen Widerständen
  • Konstantan hat einen 28,6 Mal so großen Widerstand als Kupfer

 

 

Serienschaltung von Widerständen

 

Glühlampen in Serie schalten:

  • die Spannung bleibt unverändert.
  • Die Stromstärke wird kleiner [(höherer Widerstand)(In der Theorie halbiert)]
  • Eine Halbierung der Stromstärke bedeutet, dass sich der Widerstand verdoppelt
  • Im Haushalt müssen Lampen Parallel geschallten sein
  • Bei 2 Glühbirnen leuchten sie weniger hell als bei einer → d.h. die Helligkeit wird durch die Stromstärke bestimmt.

 

Widerstände in Serie schalten:

  • Rges = R1+R2
  • Uges = U1+U2
    • am größeren Widerstand ist die größere Spannung

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Parallelschaltung von Widerständen

 

Spannung:

  • Uges = U1 = U2
  • U ist immer gleich

 

Stromstärke:

  • Der Gesamtstrom teilt sich auf
  • Iges = I1 + I2
  • Am Zweig mit dem größeren Widerstand tritt die kleinere Stromstärke auf.
  • Am Zweig mit dem kleineren Widerstand tritt die größere Stromstärke auf.

 

Widerstand:

  • 1/Rges = 1/R1 + 1/R2      (von dem Ergebnis den Kehrwert errechnen)

 

Wenn beide Widerstände gleich groß sind:

  • Rges ist in der Theorie die Hälfte des einzelnen Widerstandes (Wenn beide Widerstände gleich groß)
  • Rges = R1 * R2
     R1 + R2

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