Frage von xy121, 90

Warum braucht man für die Leerlaufspannung ein hochohmiges Spannungsmessgerät?

Hi. Frage steht oben. Ich gehe von einem normalen Schaltkreis mit Uo (Quellenspannung) Ri (Innenwiderstand) und Voltmeter aus... 2. Frage: Wie gehe ich praktisch vor um z.B. die Leerlaufspannung, den Kurzschlussstrom und den Innenwiderstand zu messen? Was passiert wenn ich mit dem Multimeter direkt die Kurzschlussspannung messe? 3. Wenn ich einen Kurzschluss erzeugen will schalte ich ja keinen Widerstand dazwischen. Wie groß muss denn der Widerstand sein damit kein Kurzschluss entsteht? 4. Misst ein Multimeter U, I und R indem es selber einen Strom durch einen Gegenstand schickt? Bzw. kann es nur I messen und U und R wird durch den abgegebenen Strom berechnet??? Danke!

Antwort
von Halswirbelstrom, 54

Den Innenwiderstand einer Spannungsquelle ermittelt man experimentell wie folgt:

Man misst bei unterschiedlicher Belastung mit verschiedenen Lastwiderständen (mindestens zwei) die Spannungen und Stromstärken. Mit den geordneten Paaren (U / I ),

z.B.: U1 = 6V, I1 = 3A  und   U2 = 4V, I2 = 5A berechnet man den Innenwiderstand:

- Ri = ΔU / ΔI = (U2 - U1) / (I2 - I1) = (4V - 6V) / (5A - 3A) = -2V / 2A = -1Ω

Ri = 1Ω

Die geordneten Paare (U / I ) kann man im U-I-Diagramm graphisch darstellen. Die Punkte liegen auf einer Geraden (Widerstandsgerade),
die die Achsen des Diagramms bei  E  (Leerlaufspannung)  und  Ik 
(Kurzschlussstromstärke) schneidet.

Bei der Wahl der Belastungsfälle ist darauf zu achten, dass
die Spannungsquelle und der Lastwiderstand nicht überlastet werden.

LG   

Antwort
von Gluglu, 35

Grundsätzlich sollten alle Spannungsmesser hochohmig sein,idealerweise unendlich hoch. Wie Du den Innenwiderstand einer Spannungsquelle berechnest hast Du bereits geschrieben bekommen.

Zur Frage 2: Die Leerlaufspannung misst Du, wenn Du mit Deinem Voltmeter die Klemmenspannung Deiner Spannungsquelle im unbelasteten Zustand, also ohne angeschlossenen Widerstand. Den Kurzschlußstrom solltest Du nicht ermitteln sondern berechnen indem Du die Urspannung durch den Innenwiderstand teilst... der Innenwiderstand wäre der einzige Widerstand, der noch im Stromkreis verbleibt, wenn Du die Klemmen kurzschließt (0 Ohm).

Zu 4.: Spannung misst Du immer parallel zum Meßobjekt, Strom in Reihe (in den Stromkreis eingeschliffen) während das Messobjekt mit Spannung einer Spannungsquelle versorgt wird. Bei der Widerstandsmessung kommt die Meßspannung vom Multimeter!

Mfg

Kommentar von xy121 ,

darf ich denn ohne weiteres die leerlaufspannung mit dem multimeter messen. wäre das nicht auch ein kurzschluss, da kein widerstand zwischengeschaltet ist?

Kommentar von Gluglu ,

Ja, das darfst Du und nein, es ist kein Kurzschluß... ganz im Gegenteil weil das Voltmeter ja hochohmig (idealerweise unendlich hochohmig) ist und "eigentlich" eine Unterbrechung ist.

Ganz anders bei der Strommessung: Ein Amperemeter ist sehr niederohmig (idealerweise 0 Ohm) und wird in Reihe in den Stromkreis reingehängt. Mit einem Amperemeter darfst Du natürlich nicht an + und - Gleichzeitig einer Spannungsquelle ran... sonst hättest Du einen Kurzschluß!

Aus diesem Grund: Bevor Du die Meßspitzen ansetzt noch mal vergewissern dass der Meßbereich stimmt... nicht das Du Spannung an den Klemmen messen willst das Multimeter aber noch auf Ampere steht und Du dann neben einen fetzen Kurzschluß auch noch einen Schaden am Meßgerät selbst riskierst!

Tipp: Wenn Dein Meßgerät nicht die Stellung "OFF" hat dann immer, wenn Du mit dem Messen fertig bist, auf dem größten Meßbereich von VOLT (AC oder DC ist egal) stellen: Solltest Du einfach mal in Gedanken versunken das Meßgerät ansetzen und es steht auf solch einen Bereich dann kann nichts passieren!

Vielleicht erklärt dieser Link die Messungen: http://elektroniktutor.de/grundlagen/ui\_mess.html

Mfg



Kommentar von xy121 ,

alles klar dank dir!

Antwort
von diroda, 25

Weil ein niederohmiges Messgerät die Spannungsquelle belasten würde, also eine Last darstellt, damit kann dann nicht mehr die Leerlaufspannung (ohne Last) messen.

Mit dem Spannungsabfall, der Differenz zwischen Leerlaufspannung und unter der Spannung unter Last, und dem gemessenem Strom läßt sich der Innenwiderstand errechnen.

Der Kurzschlussstrom wird nur durch den Innenwiderstand begrenzt. Er läßt sich berechnen oder direkt messen.

Antwort
von Coldnez, 34

Den kurzschlussstrom wird man in der Praxis kaum messen wollen, da die Sicherung dann reagiert oder was in Brannt setzt. Man kann es aber ermitteln in dem man den Innenwiderstand bei der Berechnung anpeilst. Du belastet zB etwas mit 1kOhm. Misst den Strom, und dann rechnest du R=U/I, mit U für die Leerlaufspannung und I aus deiner Messung. Dann subdrahierst du dein Ergebnis mit dem Lastwiderstand. Dadurch hast du den Innenwiderstand mit der du dein Kurzschlussstrom berechnen kannst. Also I=U/R, wobei R aus deinem vorherigen Ergebnis genommen wird, und U wieder die Leerlaufspannung

Kommentar von Coldnez ,

Und je Hochohmiger dein Voltmeter ist, desto eher berechnest du damit deine Leerlaufspannung. Bzw veringert sich die Differenz zwischen Leerlaufspannung mit deiner Messspannung. Setzt natürlich vorraus dass eine Voltmeter dann noch die geringe Ströme messen kann

Kommentar von xy121 ,

ok danke. aber habe immer noch nicht richtig verstanden warum es jetzt hochohmig sein muss

Kommentar von Coldnez ,

Ich erkläre es mal so.

Wenn du Luft durch ein Rohr bläst, dann ist die Luftmenge pro Sekunde der Strom. Und wenn du das Rohr am anderen Ende zu hälst, dann ist der erzeugte Druck im Rohr die Spannung. Angenommen du willst den Druck in ein geschlossenem Rohr messen, hast aber kein Druckluftmanometer, sondern kannst nur die Luftmenge pro Sekunde messen. Was machst du? Du machst eine kleine Öffnung im Rohr, misst die Luftmenge pro Sekunde, und errechnest dadurch die Spannung/Druck. Blöderweise fällt der Druck dabei etwas ab, da ja Luft entweicht bei der Messung. Das Ergebnis ist also gefälscht, du bekommst einen geringeren Wert als tatsächlich vorhanden. Ähnlich ist es in der Elektrik. Dein Voltmeter misst nicht wirklich die Spannung, sondern den Strom, und errechnet damit die Spannung. Und wenn der Widerstand zu klein ist (also die Öffnung zu groß), dann fällt die Spannung auch ab.

Also etwas Fachspezifischer:
Dein Voltmeter misst nur den Spannungsabfall am Widerstand vom Medsgerät. Im Innenwiderstand der Spannungsquelle herrscht eben so ein Spannungsabfall. Ugesammt = Uinnen + Umess
Wenn du nur Umess kennst, woher weisst du wieviel Ugesamt oder Uinnen ist?
Wenn Umes aber nahezu Ugesamt entspräche, dann kannst du dir dein Uinnen ausrechnen. Dann ist nur eine einzige Variable unbekannt, und nicht zwei. Um Umess also möglichst groß zu bekommen (also größt möglicher Spannungsabfall) so bräuchtest du ein großen Widerstand. Je größer desto besser, und exakter dein Wert für Ugesamt

Kommentar von xy121 ,

okay dank dir

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 14

zu Frage 1:

Leerlaufspannung ist dadurch definiert, dass I = 0 ist.

Sobald man ein Voltmeter ranhängt fließt aber ein Strom, der die Messung verfälscht. Je geringer der Strom, umso geringer der Messfehler. Um den Messstrom zu minimieren, muss das Messgerät aber sehr hochohmig sein.

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