Spannungsabfall bei Leerlaufspannung?
Nehmen wir an es gibt eine Spannungsquelle. Diese liefert 10V. An die Spannungsquelle ist ein hochohmiger Widerstand angeschlossen. Idealisiert angenommen fließt kein Strom. Wo fällt die Spannung von 10V ab? Am Widerstand geht ja nicht da kein Strom fließt?!
8 Antworten
Mir scheint, du unterliegst da einem Irrtum bei den Begriffsdefinitionen. Wenn dich das alles wirklich interessiert, empfehle ich dir, dich mit den Basics der Elektrotechnik vertraut zu machen.
Die ganz einfache Antwort auf Deine Frage hast Du ja schon selbst genannt: Wenn kein Strom fließt, kann auch keine Spannung an dem betroffenen Widerstand abfallen. Kein Strom - kein Spannungsabfall! So einfach ist das!
Etwas ausführlicher für das richtige Verständnis ist die folgende Erklärung:
Ein Spannungsabfall an einem Widerstand ist grundsätzlich das Produkt aus dem Strom (I), der durch den Widerstand (R) fließt und dem Widerstandswert, z. B. gemessen in Ohm. Man sollte dazu das Ohmsche Gesetz kennen. U=I x R, I= U / R und eventuell noch die Leistung (L) berechnen können: L= U x I
Eine reale Spannungsquelle lässt sich normalerweise durch eine ideale Spannungsquelle mit der Quellspannung Uo, die ihre Spannung im Rahmen ihrer Spezifikationen Last-unabhängig unverändert aufrecht erhält, und einen dazu in Reihe geschalteten, nicht zugänglichen Innenwiderstand (Ri) beschreiben. Je nach Typ der Quelle können sich unterschiedliche Anforderungen ergeben, siehe unten stehende Ergänzung. Wir gehen hier von einem möglichst kleinen Innenwiderstand aus.
Bei Belastung der Quelle mit einem Außen- / Lastwiderstand von „0“ Ohm, also bei einem idealen Kurzschluss, fließt der maximale Strom, den eine solche Spannungsquelle liefern kann. Der Kurzschlussstrom (Ik) ergibt sich zu Ik = U0 / Ri. In diesem Fall würde die Quellspannung nur über dem Innenwiderstand „abfallen“. Anm.: Der dann meist große Strom bzw. die hohe Verlustleistung am Innenwiderstand kann je nach Typ der Quelle schnell zu deren Zerstörung führen.
Bei unendlich hohem Außen- / Lastwiderstand (Ra) fließt kein Strom (I = Uo / (Ri + Ra) = 0). Da über Ri kein Strom fließt, kann an Ri auch keine Spannung abfallen. Mit einem idealen Voltmeter, das seinerseits einen unendlich hohen Messwiderstand haben müsste, misst man dann exakt die Quellspannung Uo zwischen den zugänglichen Polen der Spannungsquelle.
Real fließt ein Strom, da der Messwiderstand eines Voltmeters durchaus endlich ist. Die Spannungsabfälle teilen sich somit im Verhältnis der Widerstände Ri und Ra auf. (Uo = I x Ri + I x Ra). Ist Ra sehr groß gegenüber Ri, kann man den Spannungsabfall über Ri vernachlässigen, man misst mit guter Näherung die Leerlaufspannung / Quellspannung Uo. Schaltet man zwei gleich große, gegenüber Ri hochohmige Lastwiderstände in Reihe mit der Spannungsquelle, so wird über jeden Widerstand die halbe Spannung, also Uo /2 abfallen, vorausgesetzt, der Spannungsabfall über Ri kann vernachlässigt werden.
Es gilt also immer: Die Summe aller Spannungen (Spannungsabfälle) an den in Serie geschalteten Widerständen im Stromkreis (einschließlich der am Innenwiderstand) ist gleich der Quellspannung Uo. Bei der realen Messung muss man bei hochohmigen Widerständen auch den Innenwiderstand des Voltmeters berücksichtigen, weil der ja dem Widerstand, an dem der „Spannungsabfall“ ermittelt werden soll, parallel geschaltet ist.
Und noch was Wichtiges. Wenn die Rede von einem Spannungsabfall an einem Widerstand ist, betrachten wir ausschließlich die Spannung, die über diesem Widerstand „abfällt“ bzw. durch den, durch diesen Widerstand fließenden Strom bedingt ist.
Wenn wir von einem Spannungspotential reden, dann messen wir gegenüber einem festen Bezug, z. B. dem Minuspol einer Batterie. Sind zwei gleiche Widerstände zwischen Plus- und Minuspol in Reihe geschaltet, dann ist, bei vernachlässigbarem Spannungsabfall über Ri, das Spannungspotential an der „+ Klemme der Batterie gleich der Batteriespannung Uo, das Potential (oder einfacher die Spannung) an der Verbindung der beiden Widerstände gleich 0,5 Uo.
Wenn wir unendlich hohe Widerstände an eine Spannungsquelle anschließen bedeutet das einen „Leerlauf“, die Ausgangsspannung an den Klemmen der Stromversorgung ist die Leerlaufspannung. Es gibt dann nirgends einen „Spannungsabfall“, gleichgültig ob ein oder mehrere unendlich hohe Widerstände "angeschlossen" sind! Erst wenn bei geschlossenem Stromkreis tatsächlich Ströme fließen, entsteht ein Spannungsabfall an den Widerständen, für den dann die o.g. Gesetzmäßigkeiten gelten.
Ergänzende Info zum Thema Spannungsabfall am Innenwiderstand eine Spannungs- oder Stromquelle:
Hochbelastbare Quellen (Autobatterie, die „Steckdose“ bzw. alles was dahinter ist) sollten einen möglichst geringen Innenwiderstand haben. Quellen, die nur minimale Ströme an hohe Widerstände abgeben brauchen, können höhere Innenwiderstände haben. Maßgeblich ist die Leistung, die im Außenkreis benötigt wird und die, die am
Innenwiderstand „verbraten“ werden darf und der Spannungsabfall, der an der Spannungsquelle (z. B. Batterie) bei Belastung auftreten darf.
Beim Anlassen eines Pkw Motors fließen sehr hohe Ströme. Ist die Batterie alt, dann vergrößert sich i.A. deren Innenwiderstand. Während des Anlassvorganges fällt dann eine merkbare Spannung am Innenwiderstand ab. Die Klemmspannung, also die außen messbare Batteriespannung sinkt dann entsprechend. Das kann man ganz einfach schon an der Helligkeit einer Innenbeleuchtung feststellen. Geht die während des Anlassens gewaltig in die Knie, ist entweder die Batterie fast leer oder sie ist nahe am „Verabschieden“ wegen ihres Alters oder wegen einer schlechten Pflege. Eine kleine Helligkeitseinbuße beobachtet man selbst bei einer neuen aufgeladenen Batterie. Mißt man den aus der Batterie entnommenen Strom, z.B. über den Spannungsabfall eines bekannten Lastwiderstandes, so läßt mittels der gegenüber dem Leerlauf erniedrigten Spannung der Innenwiderstand der Batterie bestimmen.
Als normale Strom-Verbraucher möchten wir möglichst wenig Leistung in der Quelle verbraten sondern möglichst die gesamte Leistung der Quelle für die Anwendung verfügbar haben. Der Ri sollte daher möglichst klein, d.h. nahe „0“ sein. Damit entsteht ein minimaler Spannungsabfall am Innenwiderstand der Quelle und die von der idealen Quelle abgegebene Leistung steht dem Verbraucher (uns) fast vollständig zur Verfügung. Anders sieht das z. B. in der Hochfrequenztechnik aus. Von der Strahlungsleistung, die eine Antenne (Radio, Fernsehen) aufsammelt bzw. empfängt, wollen wir möglichst viel am Empfängereingang nutzen. Hier reden wir dann von Leistungsanpassung, wobei vereinfacht gesagt, die Spannungsabfälle und Innenwiderstände der Quelle und des Verbrauchers dann gleich groß sein müssen.
Hallo,
Doch! Bei einem Unendlich großem Widerstand ist
Spannungsabfall = Leerlauf-Spannung
Eine Spannungsquelle liefert Strom. Nur durch Widerstände im Stromkreis kann Strom fließen, wenn eine Spannungsquelle keinen Weg findet (also keinen Leiter mit X-Ohm), kann sie sich nicht entladen, damit fließt kein Strom und man kann diese Spannung, als Leerlaufspannung, messen.
Wird nun 1 Widerstand angeschlossen, entlädt sich die gesamte Spannung an diesem und es fließt ein Strom (Ohmsches Gesetz). Damit fällt an diesem 1 Widerstand die gesamte Spannung ab, egal wie groß er ist (extreme Größe - siehe oben).
Grüße aus Leipzig
Das schrieb ich doch:
(also keinen Leiter mit X-Ohm), kann sie sich nicht entladen, damit fließt kein Strom und man kann diese Spannung, als Leerlaufspannung, messen.
Außerdem,:
kein Widerstand ist ein unendlich großer Widerstand und an dem fällt die Spannung ab. Es wird ja schon (ist eben theoretisch) angenommen, dass das Meßgerät einen unendlich hohen Innenwiderstand hat.
Übrigens, die ideale Spannungsquelle hat keinen Innenwiderstand, wovon ja hier von vornherein ausgegangen wurde. Dieser verfälscht ja jede Messung zusätzlich und wurde hier deshalb nicht erwähnt.
Die Definitionen dazu stehen im Lehrbuch oder bei Wikipedia.
also im realen fließt ja ein kleiner Strom. Wenn also ein sehr großer Widerstand an eine Spannungsquelle angeschlossen wird, fällt die Spannung der Quelle komplett am Widerstand ab. Man misst also quasi die Spannung der Quelle. Sobald kein Strom fließt (was im realen nicht möglich ist) fällt keine Spannung ab und man kann über diesen Widerstand die Quellenspannung messen? Ist das so korrekt?
Das nennt man dann "unendlicher Widerstand", läßt es aber meist weg.Und ja das ist die Quellenspannung, da ja auch am (theoretisch sowieso) nicht vorhandenem Innenwiderstand keine Spannung abfällt.
Korrektur:
da ja auch am (theoretisch sowieso) nicht vorhandenem Innenwiderstand keine Spannung abfällt.
sollte heißen:
da ja am (theoretisch sowieso nicht vorhandenem) Innenwiderstand keine Spannung abfällt.
ok. Ist das denn korrekt was ich als Kommentar geschrieben habe?
Naja, mir passt nicht so recht, dass Du immer von Spannungsabfall sprichst, egal an welcher Stelle.
Ich kann jetzt hier nicht zeichnen. Stell Dir also vor Du hast die Quelle dazu in Reihe den Innenwiderstand Ri. An dem einem Ende der Quelle und an dem Ende des Innenwiderstandes liegt die sog. Klemmenspannung an. Diese Klemmenspannung entspricht bei offenen Klemmen (oder wie ich oben schrieb, mit angeschlossenem unendlichem Widerstand) der Quellspannung.
Ist der angeschlossene Widerstand ( Rl) kleiner als Unendlich ergeben sich folgende Spannungen:
Quellspannung = Ui (Spannungsabfall über dem Innenwiderstand) + Ul (Spannungsabfall über den angeschlossenen Widerstand Rl).
(Das l ist ein kleines L)
wenn es jetzt keinen Innenwiderstand gibt und ich einen Widerstand an eine Spannungsquelle mit unendlich hohen Widerstand anschließe, sodass kein Strom fließt...wo fällt die Spannung ab? Das war meine Frage...Ich weiß dass es sowas real nicht geben kann aber es war meine Frage...
ich hatte doch schon gesagt, lasse es sein mit dem Spannungsabfall! Den gibt es nur, wenn Strom fließt!
Ohne Strom, das hatten wir bereits herausgearbeittet, liegt die Quellspannung an!
Da das per Definition so ist, gibt es zwar keinen Spannungsabfall am unendlichem Widerstand, die Spannung, die aber immer noch anliegt, ist identisch der Quellspannung. Die Spannungsquelle kann sich doch nicht entladen, die dazugehörenden Ladungsträger können nicht von dem einen Pol zum anderen fließen, aber der "Druck" also die Spannung dazu ist doch trotzdem da.
und was ist wenn ich noch den gleichen Widerstand in Reihe schalte. Welche Spannung wird angezeigt, 1. wenn ich über beide Widerstände das Potential messe und wenn ich nur über einen messe?
Über beide mißt Du wieder die Quellspannung und nur über einen 0 Volt.
ok sorry hattest du ja schon geschrieben ;) warum messe ich über einen 0V? Theoretisch messe ich doch dann auch die Quellenspannung?!
warum messe ich über einen 0V?
Was soll das! Wenn nur ein Pol des Meßgerätes angeschlossen wird, mißt es eben nur = Volt!
Der Meßpunkt, zwischen 2 Widerständen mit unendlicher Größe ist doch gleichbedeutend mit "NICHTS"!
Das ist ein Spannungsteiler: erzeugte Spannung in V, zB 10
Die Spannung wird geteilt im Verhältnis Innenwiderstand, zB 10Ohm und Außenwiderstand mit unendlich viel Ohm. Somit hast keinen Stromfluss und am Innenwiderstand fallen 0 Ohm ab. Somit hast an der Klemme 10V und am Außenwiderstand fallen dann auch ohne Stromfluss 10V ab.
Würdest einen Serienaußenwiderstand von 0,1Ohm und 10Megaohm anhängen dann hättest auch schon keinen Messbaren Spannungsabfall bei den 0,1 OHM und 10V am 100 Megaohmwiderstand.
Beim Hochohmigen Widerstand fliesst idealisiert angenommen ein geringer Strom. Dann hängt aber eine Last an der Quelle!
Beim unendlich hohen Widerstand fleisst idealisier kein Strom. Da spricht man dann von der Leerlaufspannung an der Klemme. Hier gilt: Leerlaufspannung = Spannungsabfall
In der Spannungsquelle selbst hast du allerdings einen Innenwiderstand, der (prinzipiell) Seriell zur Last angeschlossen ist. Im idealfall ist der 0 Ohm, tatsächlich aber ziemlich klein.
Bei der Leerlaufspannung spielt der Innenwiderstand allerdings kaum eine Rolle. Beim Hochohmigen Widerstand wiederum spielt er eine geringe Rolle. Da kommts jetzt drauf an was du genau meinst?
Falls deine Frage nicht beantwortet ist, müsstest du mir eine Skizze von deiner Frage posten.
Gruss Lore
Solche Fragen sind zu diffus gestellt, denn in dem Falle wird nicht ersichtlich wieso trotz Widerstand kein Strom fließen soll.
Zweitens spielen eventuell einige "idealisierten Annahmen" eine wesentliche Rolle. Das wäre entsprechend zu berücksichtigen.
So lange der Stromkreis vom Widerstand zur Spannungsquelle nicht echt geschlossen ist, fließt kein Strom. Folglich kann auch keine Spannung abfallen!
Wo überhaupt kann bei idealisierten Betrachtungen überhaupt eine Spannungsdifferenz auftreten? Erstens wird ja auch die Spannungsquelle idealisiert, das heißt, die kann ewig Strom liefern und somit gilt die Quellenspannung idealisiert als konstanter Wert.
Ferner werden Messströme von Messgeräten ebenfalls idealisiert als nicht echt vorhandener Strom betrachtet, folglich fließt kein Strom, wenn nur eine Spannungsquelle, ein Vorwiderstand und sonst nichts angenommen wird, weil ein Messgerät nicht als Verbraucher betrachtet wird.
Also aufpassen, wenn von idealisierten Dingen die Rede ist. Dann nichts durcheinander werfen. Spannungsabfall gibt es sowieso nicht! Es gibt immer nur Potentiale oder Potentialunterschiede.
Wieso taucht also bei Dir die Frage auf, wo 10 Volt Spannung ab fallen sollten? Das erkläre mal verständlicher, ich verstehe es nicht.
Also es gibt eine Spannungsquelle. Diese hat keinen Innenwiderstand. An diese Spannungsquelle ist ein Widerstand (hochohmig) angeschlossen. Der Widerstand ist so hochohmig, dass man annehmen kann, es fließt KEIN Strom. Wo fällt jetzt die Quellenspannung ab? Wenn ich z.B. mit meinem Spannungsmessgerät vor und hinter dem Widerstand messen würde - dann würde ich die Quellenspannung messen? Und wenn ich jetzt einen weiteren Widerstand in Reihe anschließen würde (es kommt auch kein Stromfluss zustande) und vor dem 1. und hinter dem 2. meinen Potentialunterschied messe- würde ich dann auch die Quellenspannung messen? Und wenn ich nur vor dem ersten und hinter dem ersten messen würde, dann sehe ich auf dem Messgerät auch meine Quellenspannung?
Was hast du immer mit solchen Begriffen wie Quellenspannung? Warum nicht einfach Spannungsquelle?
Warum fragst du zehn mal das gleiche? Wenn dir einmal gesagt wird ein Messgerät wird idealisiert als keinerlei Stromverbraucher betrachtet, reicht das dann nicht um klarheit zu haben an allen Punkten eines offenen Stromkreises ist dann der gleiche Spannungswert zu messen?
Natürlich immer bezogen auf den gleichen Bezugspunkt. ;-)
ok zurück zu deiner letzten Aussage. Du gehst da ja von einer Sapnnungsquelle mit angeschlossenem Widerstand aus. Was passiert aber wenn der Widerstand so hoch ist, dass KEIN Strom fließt? Wo fällt dann die Ausgangsspannung ab? Dazu können wir noch annehmen, dass es eine ideale Spannungsquelle ist und der Widerstand eine Art Last darstellt. Wie gesagt es soll kein Strom fließen. Wo fällt die Spannun dann ab?