Frage von sampy, 20

Verständnisfragen zum Thema Strom - Worauf muss ich also achten wenn ich ein bisschen rumbastle?

Hallo,

ich kenne mich ganz gut mit Physik und den Stromformeln aus. Dennoch habe ich da einige Verstaendnisfragen die darauf beruhen, dass ich wohl nicht das richtige Modell von Strom im Kopf habe.

Also z.B. hab ich verschiedene Stromquellen wie kleine Ladegeraete oder Laptop-Netzteile: 1. Mein Smartphone-Ladegeraet nimmt laut Beschriftung Wechselstrom 100-240V bei 0.16A und liefert am Output: 4.8 V mit 1.0 Ampere. 2. Mein Laptop-Netzteil nimmt 100-240V und 1.5A und liefert 20V und 3.25 Ampere. 3. Unser Stromnetz hat 230 V und kann maximal 16A, also max. 3680W.

Dann habe ich diverse Stromabnehmer. 1. Eine Taschenlampen-Gluehlampe die mit 6V beschriftet ist. 2. Einen kleinen Motor auf dem 4.5V steht. 3. Eine kleine E27 LED auf der 220-240V, 3W, 45mA steht.

Nun ist eine generelle Frage von mir wie Stromquelle und Stromabnehmer ihre Beschriftungen gegenseitig "aushandeln".

Nun weiss ich schon, dass ich wenn ich eine 6V Mini-Gluebirne von der Taschenlampe an das Laptop-Netzteil anhaenge, dass der Gluehfaden wohl binnen Sekunden durchschmort. Bei 20V anliegender Spannung wird dadurch zuviel Strom transportiert und der Gluehfaden verglueht. Die Gluehlampe kann also nicht der Stromquelle "sagen", hey leg mal weniger Spannung an sonst verglueh ich bei meinem Widerstand. Umgekehrt - was passiert wenn z.B. das Smartphone-Ladegeraet 4.8V und die Gluehlampe 6V oder gar 24V aufgedruckt hat. Liefert der Stromlieferant dann stur 4.8V oder passt sich dieser der Gluehlampe an und "muss" mehr liefern und kann dadurch Schaden nehmen? Wie muss man sich das vorstellen mit dem Schaden?

Auf einer Gluehbirne steht 60 Watt und 230 V. Woher ergeben sich diese Werte? Kann man sagen, die Gluehbirne wird gebaut fuer 230 V, d.h. man stellt den Gluehfaden in einer gewissen Dicke und mit einem gewissen Material her, damit dieser einen ganz bestimmten Widerstand hat, wodurch wenn bei ihm 230 V anliegt ein gewisser Strom fliesst, den der Gluehfaden auf lange Zeit gut vertraegt? Oder wie muss man sich das vorstellen?

Kann man generell sagen, dass kein Schaden an der Stromquelle entstehen kann wenn diese unterdimensioniert ist (also weniger Spannung oder Strom liefern kann als der Stromabnehmer sich "wuenscht"). Oder ist hier "wuenscht" ein absolut unpassender Begriff?

Korrigiert mich, wenn ich mich irre, aber der Widerstand hat ja nichts damit zu tun wie gross der Spielraum eines Stromabnehmers ist bzgl. seines aufgedruckten Spannungswertes. Es kann sein, dass bei einer Gluehlampe 250V schnell zum Tod fuehren aber ein Toaster auch mit 300V gut zurecht kommt? Oder ist diese Vorstellung falsch?

Worauf muss ich also achten wenn ich ein bischen rumbastle? Dass die Spannung vom Stromlieferanten nie hoeher ist als die Spannung die auf der Stromquelle aufgedruckt ist? Kann man die Stromstaerke ignorieren, da sich diese aus der Spannung ergibt und maximal zu wenig als zuviel Strom fliessen kann solange die Spannung von Quelle und Abnehmer passt?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Streamer, 19

 Umgekehrt passiert was wenn z.B. das Smartphone-Ladegeraet 4.8V und die Gluehlampe 6V oder gar 24V aufgedruckt hat. Liefert der Stromlieferant dann stur 4.8V oder passt sich dieser der Gluehlampe an und "muss" mehr liefern und kann dadurch Schaden nehmen? Wie muss man sich das vorstellen mit dem Schaden?

Die Glühlampe kannst du dir vereinfacht als Ohmschen Widerstand vorstellen. Bei 4,8V statt 6V fließt ein kleinerer Strom, da Strom direkt proportional zur anliegenden Spannung ist. Die Lampe wird einfach dunkler leuchten aber keinen Schaden nehmen. Eine Glühlampe für 24V würde gar nicht erst glimmen.
Vorsicht ist trotzdem geboten bei der Stromaufnahme, wenn man zu viel Strom aus einer Spannungsquelle zieht bricht entweder die Spannung ein oder das Gerät wird zerstört (der Glühlampe passiert aber nichts). In der Physik nimmt man aber oft ideale Strom- bzw. Spannungsquellen an.

Auf einer Gluehbirne steht 60 Watt und 230 V. Woher ergeben sich diese Werte? Kann man sagen, die Gluehbirne wird gebaut fuer 230 V, d.h. man stellt den Gluehfaden in einer gewissen Dicke und mit einem gewissen Material her, damit dieser einen ganz bestimmten Widerstand hat, wodurch wenn bei ihm 230 V anliegt ein gewisser Strom fliesst, den der Gluehfaden auf lange Zeit gut vertraegt? Oder wie muss man sich das vorstellen?

Ganz genau. Außerdem wird bei der Herstellung darauf geachtet, dass die Glühlampe natürlich nur so lange hält, wie sie halten soll. Sonst würde man ja nicht so viele davon verkaufen. Aber jetzt sind Glühlampen ja eh so ziemlich Geschichte.
Man sollte auch anmerken, dass der Widerstand eines Glühfadens steigt, wenn dieser entsprechend warm ist. Das heißt der Widerstand ist nicht konstant, legt man 230V an fließt zuerst leicht mehr Strom, als wenn der Glühfaden bereits auf Temperatur ist.

Kann man generell sagen, dass kein Schaden an der Stromquelle entstehen kann wenn diese unterdimensioniert ist (also weniger Spannung oder Strom liefern kann als der Stromabnehmer sich "wuenscht"). Oder ist hier "wuenscht" ein absolut unpassender Begriff?

"Wünscht" ist natürlich nicht physikalisch korrekt, aber so kann man sich das bei Ohmschen Verbrauchern vorstellen. Aber sobald man z. B. ein Smartphone lädt oder irgendwas anschließt, das den Ladestrom selbst reguliert wird diese Vorstellung über den Haufen geworfen. 
Nun, eine Spannungsquelle hat normalerweise eine fest Spannung, das heißt sie kann diese Spannung bis zum max. zulässigen Strom aufrechterhalten. Ist der Widerstand des Ohmschen Verbrauchers zu gering, würde bei der eingestellten Spannung zu viel Strom fließen. Dann kommt es auf die Stromquelle an, wie sich diese verhält (vielleicht lässt sie sich überlasten, vielleicht schaltet sie ab, vielleicht geht sie kaputt etc.)
Vereinfacht kann man sagen: Eine Spannungsquelle sollte nicht mehr Spannung liefern als am Verbraucher anliegen darf, kann aber gerne für mehr Strom ausgelegt sein.

 Es kann sein, dass bei einer Gluehlampe 250V schnell zum Tod fuehren aber ein Toaster auch mit 300V gut zurecht kommt? Oder ist diese Vorstellung falsch?

Richtig, das ist natürlich von Gerät zu Gerät unterschiedlich. Darauf anlegen sollte man es natürlich nicht, Geräte für das Stromnetz sind aber oft für 250V ausgelegt, in Ländern, die 240V Netzspannung benutzen kann die Spannung auch mal auf 250V ansteigen. 

Worauf muss ich also achten wenn ich ein bischen rumbastle? Dass die Spannung vom Stromlieferanten nie hoeher ist als die Spannung die auf der Stromquelle aufgedruckt ist?

Wie meinst du das? Die Stromquelle ist doch der Stromlieferant? Generell verwendet man die Begriffe Strom- und Spannungsquelle fast gleich, die meisten Spannungsquellen sind Festspannungsquellen die auch Stromquellen sind, es gibt das ganze natürlich auch umgedreht, als Konstantstromquelle (die entsprechend ihre Spannung selbst reguliert). 

Kann man die Stromstaerke ignorieren, da sich diese aus der Spannung ergibt und maximal zu wenig als zuviel Strom fliessen kann solange die Spannung von Quelle und Abnehmer passt?

Ich denke für die meisten Verbraucher ist das so in Ordnung. Es kann allerdings sein, dass je nach angelegter Spannung dein Verbraucher etwas "komisches" macht, wie gesagt, Elektronik verhält sich selten wie ein Ohmscher Verbraucher... wenn du z. B. ein Schaltnetzteil hast, kann es sein, dass es bei zu wenig Spannung gar nicht anschwingt und praktisch keinen Strom verbraucht, dann aber bei mehr Spannung plötzlich eine Menge Strom zieht. Die Vereinfachung mit dem Ohmschen Gesetz sind eben schwierig.
Deshalb sollte man beim Basteln am besten ein Netzgerät mit einstellbarer Strombegrenzung verwenden (Labornetzteil). Die sind praktisch Kurzschlussfest, da sie nie mehr als den eingestellten Maximalstrom fließen lassen. 

Fragen gerne in die Kommentare.

Kommentar von sampy ,

Oben hatte ich mich verschrieben. Korrekt sollte es heissen:
"Worauf muss ich also achten wenn ich ein bischen rumbastle? Dass die Spannung der Strom/Spannungsquelle nie hoeher ist als die Spannung die auf der Stromverbraucher aufgedruckt ist?"

Ich glaube die Frage hast du beantwortet.

Vielen Dank, ich glaube ich habe das meiste Verstanden. Deinen letzten Satz kapier ich nicht ganz:

"Deshalb sollte man beim Basteln am besten ein Netzgerät mit einstellbarer Strombegrenzung verwenden (Labornetzteil). Die sind praktisch Kurzschlussfest, da sie nie mehr als den eingestellten Maximalstrom fließen lassen."

Ich werde natuerlich nur mit 12V oder "kleineren" Netzteilen basteln. Einstellen kann ich die Spannung aber nicht. Das mit dem Kurzschlussfest soll wohl heissen, Sie liefern max. z.B. 0.5A aber halt nicht mehr selbst wenn man als "Verbraucher" nur ein dickes Kupferkabel mit einem Widerstand von fast 0 Ohm hat?

Hast du vielleicht einen Link zu guten und guenstigen Labornetzteilen?

Mir geht es auch um so Sachen wie betreibe ich einen 6V Luefter und einen 3V Gluehbirne gleichzeitig an einer Stromquelle die 12V liefert. Prinzipiell mit Widerstaenden, damit dann die Spannung die am Verbraucher anliegt nicht das Maximum uebertrifft. Ich muss mal irgendwo nachlesen wie man das am optimalsten macht. Also Parallel, in Reihe, etc. mit moeglichst wenigen Widerstaenden etc. ;)

Kommentar von Streamer ,

Das mit dem Kurzschlussfest soll wohl heissen, Sie liefern max. z.B. 0.5A aber halt nicht mehr selbst wenn man als "Verbraucher" nur ein dickes Kupferkabel mit einem Widerstand von fast 0 Ohm hat?

Genau. Wenn man diese Strombegrenzung intelligent benutzt, kann man damit auch nicht viel kaputt machen. Wenn man ein Netzteil hat, das bei 12V durchgehend 20A liefern kann, und man die Strombegrenzung auf 20A stellt, ist das zwar kurzschlussfest, d. h. das Netzteil geht nicht kaputt, aber es wird trotzdem nach Möglichkeit bis zu 240 Watt liefern, das reicht locker um Funken ins Auge zu bekommen, Halbleiter explodieren lassen usw...

Leider kenne ich keine Labornetzteile, die sich für Anfänger eignen, aber da gibt es bestimmt viel zu finden, vor allem in den Elektronik-Bastler-Foren... Ein Labornetzteil ist praktisch so wie ein Multimeter, es gehört einfach zur Grundausstattung mit dazu. Ganz am Anfang kommt man aber bestimmt auch noch mit so einem großen Steckernetzteil mit einstellbarer Spannung zurecht. Aber wie gesagt, das ist weit entfernt von einem gut zu benutzenden Netzteil. Auf ebay gibt es bestimmt auch gute gebrauchte. 

Widerstände eignen sich nur bedingt, da die eben einiges an Leistung in Wärme umsetzten. Lohnt sich nur bei kleineren Lasten (wie LEDs, und das auch nur bei relativ kleiner Versorgungsspannung). Außerdem bekommst du probleme, sobald der Verbraucher seinen "Widerstand" ändert. Ein Lüfter macht das vielleicht, wenn er Magnetspulen an- und abschaltet. Mit einem Widerstand lässt sich nicht garantieren, dass der Verbraucher eine gleichbleibende Spannnung bekommt. Besser sind da Spannungsregler ICs, die passen ihren "Widerstand" praktisch intelligent an, sodass die Spannung am Ausgang immer die gleiche bleibt. Geben aber die überschüssige Leistung als Wärme ab, so wie Widerstände. Reicht für's basteln allemal, soll es effizient sein gibt es DC/DC-Converter, also praktisch kleine Schaltnetzteile. Die sind heutzutage in den meisten digitalen Elektronik-Geräten eingebaut, vor allem, wenn diese batteriebetrieben sind.

Kommentar von sampy ,

Was genau passiert eigentlich wenn ich bei einem Steckernetzteil mit 12V Spannung Plus und Minus verbinde und einen Kurzschluss erzeuge. Der Widerstand ist praktisch Null und es kann nun theoretisch "unendlich" viel Strom fliessen. Das Steckernetzteil schafft laut Beschriftung aber nur 1A. Liefert es dann mehr als 1A und erhitzt sich dadurch so stark, dass es kaputt geht? Oder liefert es die maximale Stromstaerke von 1A und kann damit "leben"? Eher nicht, oder?

Kommentar von Streamer ,

Es gibt Netzteile, die gegen Kurzschluss geschützt sind, diese würden dann komplett abschalten. Normalerweise werden dafür Schaltungen und Sicherungen benutzt, die sich selbst wieder zurücksetzen. Viele Netzteile sind dagegen aber nicht geschützt und in diesem Fall fließt ein wesentlich höherer Strom als für was das Netzteil ausgelegt ist (nur begrenzt durch den Innenwiderstand der Stromquelle und des Widerstands der Leitungen). Dann kommt es wieder auf das Netzteil an, manche machen das einige Zeit lang mit, andere nicht... "dafür gedacht" ist es auf jeden Fall nicht. Und wie gesagt, großartig drauf anlegen würde ich es nicht. 

Die Geschichte mit der maximalen Stromstärke als Begrenzung findet man eher bei Labornetzteilen. Diese sind dann auch darauf ausgelegt, dass man sie kurzschließen kann. Sie würden dann einfach den Strom auf 1 A begrenzen (die Spannung so weit drosseln, bis der sehr geringe Widerstand der Kabel hoch genug ist, um nicht mehr fließen zu lassen). 

Expertenantwort
von Peppie85, Community-Experte für Elektrik & Strom, 10

das geheimnis ist der sogenannte Innenwiderstand oder auch scheinwiderstand.

dieser bremst quasi den strom auf seinem weg, so dass nicht zu viel auf einmal fließen kann.

bei glühlampen, halogenlampen oder Heizelementen ist es übrigens wirklich ein Widerstand. bei anderen geräten wie Motoren oder leds ist das etwas komplizierter.

nehmen wir eine 100 Watt glühlampe als Beispiel. ihr Innenwiderstand bei Betriebstremperatur beträgt etwa 530 Ohm. somit begrenzt sich bei 230 Volt Betriebssapnnung der Strom auf etwa 0,43 Ampere. die grundlegende formel ist hier I = U / R, also Strom gleich Spannung durch Widerstand.

nehmen wir mal die gleiche glühlmampe bei 400 Volt zu grunde. dann sieht das ergebnis viel verherender aus: 400 Volt durch 530 Ohm ergibt etwa 0,75 Ampere. wieder mit der tatsächlich anliegenden Spannung von 400 Volt malgenommen kommen wir so auf etwas über 300 Watt. der faden in der glühbirne hält das nicht sehr lange durch....

lg, Anna

Antwort
von f1atlux, 20

Grob gesagt und sehr vereinfacht hast du hauptsächlich Spannungsquellen zur Verfügung. Das kann die Steckdose sein, eine Batterie, ein Steckernetzeil oder was auch immer. Dann hast du eine Last, die eine bestimmte Kennline hat, d.h. bei einer bestimmten anliegenden Spannung ein bestimmter Strom fließt. Bei einem simplen Widerstand ist das eine Gerade. Verdoppelst du die Spannung, fließt doppelt so viel Strom.

Bei der Glühbirne ist das nicht mehr so linear, aber wenn bei anliegenden 230V ca. 260mA fließen, kommt da ein 60W Bapper drauf. (Natürlich wird der Wolframfaden für diese Leistung so entworfen.)

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