Physik:Effektivwert und Spitzenwert?
Hat man den Spitzenwert beim Wechselstrom und den Effektivwert beim Gleichstrom?
Und könnt ihr mir die Begriffe leicht erklären?
6 Antworten
Beide Begriffe gehören zur Wechselstromtechnik.
Der Zusammenhang ist bei sinusförmigen Wechselgrößen folgendermaßen:
Spitzenwert (auch Scheitelwert genannt) = wurzel(2) * Effektivwert
Der Effektivwert einer Wechselgröße entspricht dem Wert einer Gleichgröße mit derselben Leistungsabgabe im zeitlichen Mittel an einem ohmschen Widerstand. Das hat den Vorteil dass man mittels des Effektivwerts in vielen Fällen der Wechselstromtechnik wie mit Gleichstrom rechnen kann
Meine Antwort bezog sich auf Frage nach der Zugehörigkeit der Begriffe zu Wechsel - oder Gleichstrom. Würden wir nur Gleichstrom verwenden, hätten diese Begriffe dort nicht wirklich einen praktischen Nutzen. Nach Mischstrom wurde zwar nicht gefragt, aber deine Ergänzung ist durchaus sinnvoll und hilfreich - danke.
Der Spitze-Spitze-Wert ist die Differenz zwischen dem obersten und dem untersten Punkt einer Sinuswelle. Der oberste bzw. unterste Punkt von der Nulllinie aus ist der Scheitelwert.
Da bei der Wechselspannung die Spannung stetig zu und abnimmt (im Nulldurchlauf ist die Spannung ganz weg), ist der Scheitelwert nicht mit dem Wert einer Gleichspannung bei gleicher Leistung vergleichbar. Das geht erst, wenn man die "Kappen" der Sinuswellen abschneidet und damit die "Täler" auffüllt. Dabei kommt dann der Effektivwert heraus. Dieser ergibt sich aus Scheitelwert geteilt durch √2.
Bei unserer Netzspannung bedeutet dies:
Effektivwert = 230 V
Scheitelwert = 230 V · √2 = 325 V
Dieser ergibt sich aus Effektivwert geteilt durch √2.
Kleine Anmerkung, das gilt nur für einen rein Sinusförmigen Strom. Sobald das nicht mehr gegeben ist, ist der Faktor anders.
Stimmt. Aber deshalb bin ich ja auch von der sinusförmigen Wechselspannung unseres Haushalts-Stromnetzes ausgegangen.
Ist auch richtig ich wollte es nur noch zusätzlich nochmal erwähnen, weil das ein wichtiger Umstand ist welcher auch oft zu Fehlern führt.
Zudem ist genau dieser Umstand bzw ein damit eng verwandter Umstand auch die Unterscheidung zwischen normalen Messgeräten und "TrueRMS" Messgeräten.
Sollte vermutlich heißen: Dieser ergibt sich aus Scheitelwert geteilt durch √2.
Ja stimmt. Aber mein Kommentar bezog sich auf den wichtigen Umstand, dass der Faktor sqrt(2) nur bei Sinusförmigen Größen vorkommt.
Da ist dir vermutlich ein Flüchtigkeitsfehler unterlaufen, richtig wäre:
Dieser ergibt sich aus Scheitelwert geteilt durch √2.
Sorry, kann ich nicht wirklich erklären. Ich hatte mal ein tolles Bild dazu, finde es aber nirgends wieder.
Nein, bei Gleichstrom braucht man diese Begriffe nicht (da er eben gleichmässig gross ist.
Aber beim Wechselstrom schon.
- Spitzenwert ist simpel: das ist einfach der höchste einseitige Wert im sinusförmigen Verlauf:
- Und der Effektivwert ist jener Stromwert, der die gleiche Leistung (Energieumsatz pro Sekunde) erzeugt, wie der entsprechend hohe Gleichstrom. Da der Wechselstrom schwankt, schwankt auch die Leistung, und ist im Durchschnitt tiefer als der Maximalwert glauben liesse. Grafisch liegt er dort, wo die farbigen Flächen sich ausgleichen. Und das ist eben Faktor Wurzel(2) unter dem Maximalwert, also bei 70,7% des Maximalwerts:
Sowohl, als auch, wobei die Begriffe beide eher für Wechselstrom verwendet werden.
Spitzenwert sagt der Name schon. Das ist eben der kurzzeitig höchste Strom im Zeitverlauf. Auch Gleichstrom pulsiert fast immer ein wenig, wenn er durch ein Netzteil erzeugt wurde.
Der Effektivstrom ist der Strom, der an einem ohmschen Widerstand dieselbe Wärmeentwicklung verursacht, wie ein völlig konstanter Gleichstrom.
Meistens wird aber der Effektivwert der Spannung bestimmt, seltener der des Stromes. Ich hoffe, Du hast die Begriffe nicht durcheinandergehauen und lässt Dir das Falsche erklären.
Meistens wird aber der Effektivwert der Spannung bestimmt, seltener der des Stromes
Wird beides angegeben. Wenn du zB mal irgendein Elektrogerät nimmst steht da oft die Spannung und der Strom drauf. Beides sind hier der Effektivwert der jeweiligen Größe.
Für das Netz gibt man natürlich nur die Spannung an weil das Netz eine (Konstant)Spannungsquelle und keine (Konstant)Stromquelle ist.
Ist sogar noch komplexer, denn da die meisten Geräte keinen ausschließlich ohmschen Widerstand haben, ist deren Wirkleistung nicht das Produkt aus einzeln gemessenen Volt und Ampere. Daher wird als Strom oft der Quotient aus Wirkleistung und Effektivspannung angegeben. Der errechnete Strom ist dabei geringer als der tatsächlich die Leitung belastende, was bei großen Maschinen zu berücksichtigen ist.
Letztlich darf man Wechselspannung und -strom gar nicht unabhängig voneinander bestimmen, wenn es um den Effekt geht, da die Phasenlage beider Größen nur bei ohmschen Verbrauchern synchron ist.
Das ist aber zunächst mal für den Begriff Effektivspannung und Effektivstrom egal. Schein, Wirk und Blindstrom wird alles idr als Effektivwert der Größe angegeben.
Bei Geräten mit wesentlichem Blindstrombedarf wird entweder die Nennscheinleistung oder Nennwirkleistung und der Cosinusphi angegeben. Daraus lässt sich der Rest errechnen.
Natürlich geht das nur bei Verbrauchern mit sinusförmigen Strom. Verzerrungsblindleistung kann nicht so angegeben werden, aber am Ende darf die Verzerrungsblindleistung einen gewissen Wert laut Norm nicht überschreiten, darum kann man von Einzelverbrauchern davon ausgehen, dass der Blindleistungsbedarf reine Verschiebungsblindleistung ist und die Angabe des Cosinusphi genügt.
Fangen wir mit dem Wechselstrom an.
der Strom der aus der Haushaltsteckdose kommt hat eine Effektivspannung von 230 Volt. würde man aber genau nachmessen, würde man feststellen, dass die Spannung ganz schnell zwischen + 160 Volt und - 160 Volt schwankt. man hat also quasi eine Spitzenspannung von 320 Volt.
Das ist ungefähhr wie beim Autofahren. Nehmen wir mal an, du fährst über eine Strecke von 30 km mit der Geschwindigkeit von 120 kmh, über die Strecke von weiteren 20 km mit einer Geschwindigkeit von 80 kmh.
das bedeutet, du brauchst für den ersten Streckenabschnitt 15 minuten (30 km durch 120 kmh = 0,25 h. die km kürzen sich beim Teilen weg.
für den 2. Streckenabschnitt gilt ähnliches 20 km durch 80 kmh das sind ebenfalls 15 Minuten die du brauchst. noch mal vorrechnen muss ich denke ich nicht.
wir haben also in Summe 50 km und 30 Minuten also 0,5 Stunden. Teilen wir nun die 50 km durch die 0,5 Stunden ergibt sich für die gesamte Strecke ein Duchschnitt von 100 kmh.
so ähnlich verhält sich das auch mit dem Effektivwert für die Spannung.
Beim gleichstrom kann man nicht pauschal sagen, dass der effektivwert gleich dem spitzenwert ist. das gilt nur, bei spannungsquellen mit keiner oder eben sehr geringer Restwelligkeit. ich denke da z.B. an eine batterie oder ein netzteil mit einem großen, nachgeschalteten Kondensator,
Was meint die Tante Anna nun mit Restwelligkeit?
nehmen wir mal an, wir haben ein Netzteil als Spannungsquelle. Im einfachsten Fall ist eine Diode vorhanden, die einfach die untere Hälfte der Sinuswelle unseres Wechselstromes abschneidet. du hast also dann einen Sinusogen, gefolgt von einem Stück Nullinie und wieder einem Sinusbogen.
bei "besseren" gleichrichtern, was eigendlich mittlerweile state of the art ist, haben wir eine Brückenschaltung aus 4 Dioden. die klappen quasi die unteren Sinuswellen nach oben. d.h. der Spannungsverlauf schaut dann ein wenig aus, als würde ein flummi über den Boden hüpfen.
Die entstehenden Lücken kann man mit einem Speicher, einem Kondensator z.B. ausgleichen. von der Welligkeit der Spannung bleibt aber immernoch ein bisschen was über.das nennt man Restwelligkeit.
Übrigens: den Unterschied zwischen Effektiv und Spitzenwert macht man sich tatsächlich auch zu Nutze. das Ganze nennt sich Pulsweitenmodulation kurz PWM. durch extrem schnelles ein- und auschalten der Spannungsversorgung wird z.B. die helligkeit von Lampen oder die Leistung von Motoren entsprechend geregelt.
Die Begriffe lassen sich genau genommen auf jeden Strom anwenden, also Gleich Wechsel und Mischstrom.