Leistung in Schaltungen?
Wenn ich eine reihenschaltung habe mit 2 Lampen je 5 Ohm und einer Spannung von 10 Volt dann habe ich nach p=u*i eine Leistung von 10 Watt. Wenn ich die gleichen Lampen parallel schalte bei gleicher Spannung habe ich eine Leistung von 40 Watt. Heißt das jetzt dass ich auch mehr Energie in den Stromkreis stecken muss oder ist das einfach automatisch so, weil dann wäre eine reihenschaltung ja ein Verlust oder warum ist das so?
2 Antworten
Natürlich musst du auch mehr Energie reinstecken. Die höhere Leistung der beiden Verbraucher ergibt sich aus dem geringeren Ersatzwiderstand. Dadurch ist der Strom größer und somit auch die Leistung.
Ja, 10 Volt sind 10 Volt. Aber wenn ein Strom abgenommen wird, sinkt die Spannung dadurch. Das Kraftwerk muss dann mehr Leistung erzeugen, um die Spannung auf 10 Volt zu halten.
Das ist vergleichbar mit einem Wasserkreislauf. Das Kraftwerk pumpt (im übertragenen Sinne) Wasser auf eine bestimmte Füllhöhe (entspricht der Spannung) in einem Eimer. Wenn der gewünschte Wasserstand (entsprechend 10 Volt) erreicht ist, hören die Pumpen im Kraftwerk auf zu arbeiten. Wenn dann jemand Strom verbraucht, fließt Wasser aus dem Eimer ab. Das Kraftwerk muss jetzt genau so viel Wasser wieder in den Eimer pumpen, dass der Füllstand gleich bleibt. Sonst sinkt der Wasserstand und damit die Spannung.
Hast du das verstanden? Sonst frag nochmal nach für weitere Erklärungen.
Das ist verständlich aber warum sinkt die Spannung wenn Strom abgenommen wird ? Das habe ich noch nie gehört
Und daraus kann man sagen: eine Parallelschaltung hat eine größere Leistung als eine reihenschaltung, man brauch aber auch mehr Energie um sie aufrechtzuerhalten richtig?
Du musst immer genau so viel Energie (also Leistung) an der Quelle in deine Schaltung reinstecken, wie alle Verbraucher (und Verluste) zusammen verbrauchen. Nicht mehr und nicht weniger.
Der Vergleich von Reihen- und Parallelschaltung ist nicht ganz so einfach. Die Aussage, die du triffst, stimmt nur wenn wir davon ausgehen, dass in beiden Schaltungen die gleichen Widerstände verwendet werden. Aber es gibt natürlich auch Reihenschaltungen, die mehr Leistung verbrauchen als Parallelschaltungen.
Und die Leistung ist dann ja in Form von ladunsgtrennung also Induktion oder? Aber stimmt das was ich danach geschrieben habe, dass die Leistung in der Parallelschaltung größer ist bei gleichen Widerständen, aber man auch dementsprechend mehr Energie reinstecken muss oder?
Ja, sorry. Ich hab bisher nicht geantwortet, weil ich durch meine eigene Aussage irritiert war. Danke übrigens für den Stern.
Im Wechselspannungsnetz ist es so, dass die Frequenz schwankt, je nachdem, ob die erzeugte Leistung zu hoch oder zu niedrig im Vergleich zum Verbrauch ist. Das kommt daher, dass die Generatoren in den Kraftwerken quasi "auslaufen", wenn mehr Energie entnommen wird, als durch z.B. Verbrennung von Kohle erzeugt wird. Dann greift die Regelung ein und feuert nach, bis die Frequenz wieder stabil bei 50 Hz ist. Die Spannung sinkt bei hohem Verbrauch im Netz auch. Das liegt aber nicht an der Regelung, sondern an den Leitungsverlusten auf dem Weg vom Kraftwerk zum Verbraucher.
Bei der Spannung im Gleichstromkreis (wie in deiner Aufgabe) bin ich jetzt etwas verunsichert. Eine Netzfrequenz gibt es hier nicht. An der kann sich also auch nichts ändern. Und die Spannung sinkt auch hier bei Belastung ab. Das ist aber wieder durch Verluste (Innenwiderstand der Quelle, Leitungen) bedingt und nicht durch die eigentliche Leistungsabnahme. Ich denke, dass man übertragen auf das Wassermodell sagen kann, dass die Spannung nie absinkt, weil die Quelle (z.B. eine Batterie oder ein Netzteil) automatisch immer so viel liefert, wie verbraucht wird, weil die Spannung als konstante Größe festgelegt ist. Bei der Batterie erzwingt die Zellchemie eine konstante Spannung, beim Netzteil die Leistungselektronik.
Bei der Batterie hab ich jetzt außer Acht gelassen, dass die Spannung im Verlauf der Entladung auch langsam abnimmt. Aber bei deiner Aufgabenstellung ist das glaube ich zu vernachlässigen.
Ok aber wenn die Spannung im gleichstromkreis immer konstant ist dann sollte es doch egal sein ob die Leistung des Stromkreises bei 40 Watt oder 10 Watt liegt oder nicht?
Weil du sagtest ja die Spannung muss aufrechterhalten werden um die Energie zu liefern aber wenn nicht der strom selber bestimmt wie viel Energie verbraucht wird was dann?
Wenn die Spannung gleich bleibt, muss bei größerer Leistung der Strom entsprechend größer sein. Das ergibt sich aus P = U * I (P: Leistung, U: Spannung, I:Strom).
Analog zum Wasserkreis bleibt die Spannung nur dann aufrecht, wenn soviel Strom nachgeliefert wird, dass die Leistungsbilanz ausgeglichen ist.
Also 40 Watt Parallelschaltung und 10 Watt reihenschaltung
Ok eine Frage hätte ich noch wenn ich jetzt eine Schaltung habe mit 10v Spannung und einem widerstand 10 Ohm habe ich eine Leistung von 10 Watt an diesem widerstand. Schalte ich eine gleichen 10 Ohm widerstand ins Serie dann habe ich eine Gesamtleistung von nur noch 5 Watt und pro widerstand nur noch von 2,5 Watt.
Warum teilt sich die Leistung auf beide widerstände auf ? Bzw allgemein warum teilt sich die Spannung in einer reihenschaltung auf ? Wie soll man sich das vorstellen ? Fließen die Elektronen nach dem ersten widerstand langsamer oder wie?
Du machst hier zwei Schritte in einem. Wir nähern uns mal etwas langsamer. Statt P=U²/R verwenden wir zur Berechnung zwei Gleichungen: P = U * I und U = R * I.
Bei dem einzelnen Widerstand fallen an den 10 Ohm 10 Volt ab, weil es sonst keinen Verbraucher gibt. Das bedeutet wegen U = R * I, dass der Strom I = U/R = 10 V/10 Ohm = 1 A ist.
Laut P = U * I gilt an diesem Widerstand also eine Leistung von P = 10 V * 1 A = 10 W.
Bei zwei Widerständen in Reihe haben wir einen Ersatzwiderstand von 20 Ohm für beiden Widerstände zusammengenommen. Rechnung analog zu oben: I = 10 V/20 Ohm = 0,5 A. P = 10 V * 0,5 A = 5 W.
Für jeden einzelnen der beiden Widerstände gilt U = 10 Ohm * 0,5 A = 5 V. Das ist auch logisch, da beide Widerstände gleich groß sind und an beiden zusammen die gesamten 10 V abfallen müssen. Also jeweils 5 V. Für jeden einzelnen Widerstand ergibt sich P = 5 V * 0,5 A = 2,5 W.
Diese Rechnungen sind teilweise etwas umständlich, aber ich denke diese Lösungswege sollten verständlich sein. Falls du noch Fragen hast, sag einfach Bescheid.
P.S.: Nein, die Elektronen fließen natürlich nicht langsamer. Hier kommt wieder der Wasserkreis ins Spiel. Die Pumpe hebt das Wasser in einen Eimer auf z.B. 10 Meter Höhe. Das ist die Spannungsquelle. Im ersten Widerstand fällt das Wasser von 10 auf 5 m, im zweiten dann von 5 auf 0 m. Insgesamt muss das Wasser von der Quelle oben zur Quelle unten 10 m zurücklegen. Egal wie viele Widerstände (Zwischenstufen) dazwischen liegen.
Ok das macht schon Sinn aber letztendlich ist ja Spannung eine ladungstrennung . Es herrscht ja im Leiter ein elektrisches Feld und bei einer Spannung von 10 Volt heißt das ja 10 joule/ coulomb die beim fließen der Ladung vom Minuspol zum Pluspol frei werden. Aber warum ist es der Ladung die da fließt nicht egal ob in der Leitung herzt noch ein widerstand drinne ist oder nicht? Ich meine bei keinem widerstand gibt es einen Kurzschluss und die Spannung fällt auf 0 aber warum ? Was hat der widerstand letztendlich damit zu tun?
Stell dir mal vor, du stellst dich auch den Gartenschlauch und quetschst ihn damit etwas zusammen. Dann kommt vorne auch weniger Wasser raus, obwohl der Hahn noch gleich weit aufgedreht ist. -> Analog: Spannung bleibt konstant (Hahn bleibt aufgedreht), Widerstand größer (Schlauch gequetscht), Strom geringer (Weniger Wasser).
Der Wert des Widerstandes gibt an, wie viel Strom bei einer bestimmten Spannung fließen kann (R = U/I). Solange sich der Widerstandswert nicht ändert, muss diese Gleichung zu jedem Zeitpunkt erfüllt sein. Wenn weniger Strom fließen soll, muss die Spannung verringert werden.
Ist das entladen eines Kondensators auch dann ein Kurzschluss ?
Das Entladen eines Kondensators ist nicht unbedingt ein Kurzschluss. Je nachdem, wie du ihn entlädst. Wenn du einfach beide Klemmen mit einem "idealen" Kabel verbindest, ja.
Beim Kurzschluss fällt die Spannung übrigens auf 0, weil die Maschenregel immer erfüllt sein muss. Verbraucherspannung = Quellspannung. Beim Kurzschluss ist die Verbraucherspannung = 0 und deshalb muss die Quellenspannung auch auf 0 gezwungen werden. Alternativ kann der Strom auch so groß werden, dass das Kabel als Verbraucher wirkt und dort die Spannung abfällt.
Das mit der Masche ist klar aber kann man sich das so vorstellen, dass sich die Teilchen auf den Polen ausgleichen weil der Strom zu groß ist?
kann man sich das so vorstellen, dass sich die Teilchen auf den Polen ausgleichen weil der Strom zu groß ist?
Ich verstehe nicht, was du damit meinst.
Um was für eine Quelle geht es denn genau? Batterie, Netzteil? Oder eine rein theoretische Betrachtung an einer idealen Spannungsquelle?
Und wie kann man sich einen Spannungsabfall in einer reihenschaltung vorstellen was passiert in dem widerstand das Spannung verloren geht?
Spannungsabfall heißt nicht, dass Spannung verloren geht. Das bedeutet nur, dass an dem Widerstand eine Spannung anliegt.
Bei der anderen frage ging es allgemein um eine spannungsquelle
Ich meine die Spannung ist ja dann null zwischen den Polen beim Kurzschluss aber das müsste ja heißen das keine ladungstrennung mehr vorhanden ist, ist das so?
Keine Spannung bedeutet keine Ladungstrennung. Das ist richtig. Mir fällt in der Praxis gerade keine Spannungsquelle ein, bei der die Spannung auf 0 sinkt. Die meisten Quellen liefern eher so viel Strom, dass der Spannungsabfall am Innenwiderstand der Quelle und dem Kabel so groß wird, wie die Quellspannung.
Ab einer bestimmten Stromstärke schaltet dann in den meisten Fällen eine Sicherung. Dann fällt die Spannung über der Sicherung ab, statt an der Kurzschlusstelle, wodurch der Strom auf 0 sinkt.
Ok das macht Sinn aber was wir ja bereits hatten wenn ich eine reihenschaltung habe mit 10 Watt Leistung im Vergleich zur Parallelschaltung mit 40 Watt
Dann muss das Kraftwerk mehr Energie reinstecken in die 40 watt Schaltung oder wie ? In welcher Form wird diese Energie reingesteckt ?
Ich dachte, das hätte ich schon erklärt.
Die höhere Leistung wird in Form von einem höheren Strom reingesteckt, weil die Spannung ja gleich bleibt. P = U * I
Aber wenn die Spannung ja am innenwiderstand abfällt warum fließt der Strom dann nur so kurz?
Bei dem Kurzschluss hattest du ja gesagt dass die Spannung auf null fällt, weil sie am innenwiderstand der spannungsquelle abfällt. Aber der Strom der kurzschlussstrom fließt ja nur für kurze Zeit, warum?
Der Kurzschlussstrom fließt nur für kurze Zeit, weil dann Sicherheitsmechanismen greifen und z.B. eine Sicherung "rausfliegt", sich also ein Schalter öffnet.
Und nochmal da zu der Leistung bei gleichbleibenden Spannung wird der Strom dann ja größer, dann muss das Kraftwerk also aber auch dafür sorgen dass das aufrechterhalten werden kann oder?
Ja, genau. Das ist dann die Primär-, Sekundär- und Tertiärregelung (-> Schau mal bei Wikipedia, da gibt's bestimmt einen Artikel dazu.)
Gut dann vielen vielen Danke für deine Hilfe
Ich dachte die ganze Zeit zwei Schaltkreise Eingemachte parallel und einmal reihenschaltung brauchen bei verschiedener Leistung gleich viel Energie aus dem Kraftwerk
Bleiben wir mal bei den Ersatzwiderständen von 5 Ω:*
Wenn man einen 5Ω-Widerstand an 10 V anschließt, so ist der Strom 10 V : 5 Ω = 2 A, daraus ergibt sich die Leistung 10 V · 2 A = 20 W. Bei zwei gleichen Widerständen in Reihe halbieren sich Strom und Leistung: 10 V : 10 Ω = 1 A, 10 V · 1 A = 10 W. Auch die Spannung an den Einzelwiderständen halbiert sich auf 5 V.
In der Parallelschaltung sieht das etwas anders aus. Beide Widerstände liegen an der selben Spannung an. Somit halbiert sich der Gesamtwiderstand, der Strom verdoppelt sich: 10 V : 2,5 Ω = 4 A, die Leistung beträgt 10 V · 4 A = 40 W, sie vervierfacht sich also.
Letztendlich findet in der Parallelschalung aber lediglich eine Vervielfachung der Einzelleistung statt. Hat ein Leuchtmittel 20 W, so sind es bei 2 Leuchtmitteln 40 W.Entsprechend muss man natürlich eine Spannungsversorgung haben, welche diese Leistung auch erbringt.
In der Reihenschaltung findet ein Verlust insofern statt, dass die Leuchtmittel nur glimmen anstatt zu leuchten.
)* Nur mal so als Info: In der Realität ist der Widerstand einer Glühlampe niedriger als der Sollwert, wenn die Spannung zu niedrig ist. Zwei Leuchtmittel in Reihe, welche bei der Sollbetriebsspannung von 10 V je 5 Ω haben, haben an 5 V vielleicht noch je 3 Ω.
Aber im Kraftwerk muss ja nur die Spannung generiert werden und 10 Volt sind immer 10 Volt oder nicht?