Warum muss man die Spannung einer Batterie unter Last messen?
Also warum braucht mein Mutimeter extra eine Batterie-Test-Funktion, um die Spannung zu messen. Ist die Spannung nicht immer gleich?
6 Antworten
throwaway1802 Fragesteller vor 7 Stunden
Jaaaa, aber warum nimmt die Spannung unter Last ab?
Jede Spannungsquelle hat einen Innenwiderstand !
Hier siehst Du meine grüne Batterie, Plus und Minus sind nach draußen geführt, aber innen drin ist ja irgendwas, das die Spannung erzeugt.
Dieser Widerstand R_innen ist jetzt kein Widerstand wie man ihn in einem Elektronikladen kaufen kann, sondern ein technisch bedingter Widerstand der sich leider nicht vermeiden lässt.
Ein Generator z.B. hat Kupferspulen und Kupfer hat einen spezifischen Widerstand.
Eine Batterie oder ein Akku ist eine chemische Spannungsquelle und die chemischen Elemente haben auch einen Widerstand.
Kupfer ist ein sehr guter elektrischer Leiter, die anderen Elemente wie z.B. früher die Zink-Kohle-Batterie oder heute die Alkali-Mangan-Batterie, bestehen aus Elemente die nicht soooo gute elektrische Leiter sind.
Dazu kommt, dass sich die Anode mit der Zeit bei der Entladung chemisch zersetzt und dabei wird der Innenwiderstand mit Fortschritt der Entladung immer größer.
Nun zu Deiner Frage:
Warum nimmt die Spannung unter Last ab ????
wir messen ja die Spannung "draußen" an den Polen, aber innen drin ist ja auch noch ein Widerstand und wenn durch einen Widerstand Strom fließt, dann fällt an ihm eine Spannung ab ... U = R * I
angenommen zur jetzigen Zeit ist der Innenwiderstand R_i = 0,5 Ohm
wir Messen OHNE Last, nur mit einem Voltmeter
Wir haben 12 V, R_i = 0,5 Ohm und Voltmeter = 1.000.000 Ohm = 1 MOhm
(heute haben Voltmeter sogar 10 MOhm)
wieviel Strom fließt beim messen ?
I = U : R = 12 V : 1.000.000,5 Ohm = 0,000011999 A (11,999 µA)
wieviel Spannung fällt nun am Innenwiderstand ab ?
U_i = R_i * i = 0,5 Ohm * 0,000011999 A = 0,0000059999 V
Wieviel Spannung messe ich von draußen ?
U = U_0 - U_r_i = 12 V - 0,0000059999 V = 11,999994 V
Und wenn Du auf dem Mulimeter oder dem Voltmeter 11,99 Volt ablesen kannst, dann sagst Du 12 V
wir messen jetzt MIT Last
angenommen unser Lastwiderstand hat 11,5 Ohm
der Innenwiderstand hat 0,5 Ohm .... sind zusammen 12 Ohm
Wie groß ist der Strom, bei einem Lastwiderstand von 11,5 Ohm ?
I = U : (R_i + R_Last) = 12 V : 12 Ohm = 1 A
Welche Teilspannungen fallen an den beiden Widerstanden ab ?
U_i = R_i * I = 0,5 Ohm * 1 A = 0,5 V
U_Last = R_Last * I = 11,5 Ohm * 1 A = 11,5 V
Du siehst, unsere Spannung ist um 0,5 V zusammen gebrochen, weil diese 0,5 V am Innenwiderstand abgefallen sind.
nun vergößern wir die Last
unser neuer Lastwiderstand ist nun 5,5 Ohm groß
Wie groß ist der Strom, bei einem Lastwiderstand von 5,5 Ohm ?
I = U : (R_i + R_Last) = 12 V : 6 Ohm = 2 A
Welche Teilspannungen fallen an den beiden Widerstanden ab ?
U_i = R_i * I = 0,5 Ohm * 2 A = 1 V
U_Last = R_Last * I = 5,5 Ohm * 2 A = 11 V
Du siehst, unsere Spannung ist um 1 V zusammen gebrochen, weil dieses 1 V am Innenwiderstand abgefallen sind.
Du kannst sehen, je kleiner der Lastwiderstand ist, desto größer ist der Strom und je größer der Strom ist, desto größer ist der Spannungsfall am Innenwiderstand.
Du kannst Dir den Innenwiderstand und den Lastwiderstand auch wie einen Spannungsteiler vorstellen, vielleicht wäre es dann leichter zu verstehen
Weil Leerlaufspannung und LastSpannung (Klemmenspannung) zwei verschiedene Spannungswerte sind.
Der Begriff Innenwiderstand einer Spannungsquelle ist schonmal erwähnt worden..
Kannst dich ja gern dazu einlesen:
Jede Spannungsquelle lässt unter Last etwas in ihrer Spannung nach. Von daher ist es eher wichtig, welche Spannung sie noch unter Last halten kann, als welche Spannung sie nur theoretisch besitzt, so lange kein Strom fließt.
Spannung ist Energie pro Ladung. (U=W/Q)
Im einfachsten Fall entsteht sie durch Ladungstrennung gegen das entstehende elektrische Feld (zB in einem Plattenkondensator).
Sobald ein Teil der Ladung zurück fließt, sinkt auch wieder die Spannung.
In einem Generator entsteht die Spannung durch Ladungsverschiebung mittels der Lorentzkraft durch Bewegung in einem Magnetfeld.
In einer Batterie entsteht die Spannung durch die EnergieUnterschiede der beteiligten Stoffe. Deren Niveaus sind zwar im Prinzip konstant, aber durch OberflächenEffekte werden eben nicht schnell genug, bzw. nicht genug Elektronen nachgeliefert, wenn die Batterie (fast) leer ist.
Ja, dass ist mir bewusst. Aber warum muss ich die Spannung jetzt under Last messen?
Drehen wir uns im Kreis?
Die Geräte benötigen doch eine Mindestspannung. Und die muss eben während des Betriebs aufrecht erhalten bleiben! Wenn die nur am Anfang für eine halbe Sekunde besteht, leuchtet die Lampe eben nur kurz auf und der Lautsprechen gibt nur kurz einen undefinierbaren Ton von sich, der dann verstirbt!
Wegen dem Innenwiderstand... aber als Laie solltest Du das einfach mal so hinnehmen denn eine weitergehende Erklärung würde, damit Du sie verstehst, etwas langwierig werden. Sehe es so: Wenn Du selbst etwas Schweres hebst lässt Deine Power auch mit der Zeit nach und Du kannst auch nur eine bestimmte Last heben. Bei der Batterie ist es ähnlich sonst könntest Du ja auch ein Auto mit Knopfzellen starten!
Eine leere Batterie hat auch noch fast die Ausgangspannung unter last sieht mann dann genau wie es um die Batterie steht.
Jede Batterie/Akku hat auch einen Innenwiderstand. Wenn man das nicht belastet, wird die volle Ausgangsspannung angezeigt. Bei Belastung fällt dort eine Spannung ab. Wenn die Batterie/Akku voll ist, ist der Innenwiderstand klein. Wenn sie leer ist, ist der Innenwiderstand groß.
Bei einer vollen Batterie/Alkku mit einem kleinen Innenwiderstand fällt dort dann eine kleine Spannung ab die man vernachlässigen kann. Bei einer leeren Batterie/Akku fällt dort dann eine große Spannung ab. Dadurch liegt an der Last eine geringere Spannung an.
Hier näheres dazu: https://www.professorglasmachers.de/gde_reale-spannungsquelle/
Danke, jetzt hab ich es verstanden. Muss mir dann wohl nochmal Innenwiderstände anschaunen.
Durch die chemische Prozesse eine Spannung liegt an ein Strom fließt.
Eine leere Autobatterie zeigt bestimmt noch ca. 11,5 V an beim Starten oder Licht anschalten nur noch 10 oder weniger.
Wenn du erschöpft bist laufen kannste aber wenn du was tragen musst klappst zusammen.
nein ist sie nicht. so eine batterie hat einen sogenannten innenwiderstand. das ist kein bauteil oder so, sondern ein wert. und dieser innenwiderstand wird größer, je leerer die batterie wird. wenn man also die spannung misst, während ein bekannter strom aus der batterie abfließt, kann man so den ladezustand der batterie viel genauer ermitteln.
lg, anna
Jaaaa, aber warum nimmt die Spannung unter Last ab?