Zusammenhang von Ohm, Volt und Ampere?
Könnte mir jemand das Bild erklären? Wie stehen die drei ,Größen’ in Verbindung zueinander?
4 Antworten
I=U/R das ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand.
Ich fand solche Karikaturen schon immer blöd aber wem es hilft ok :D
Natürlich sind es keine Einzelmännchen die durch den elektrischen Leiter hüpfen, dabei handelt es sich um Ladungen und sie fließen auch nicht aus purer Laune heraus von + nach - bzw - nach + (physikalische Stromrichtung) sondern eben deshalb weil eine Kraft auf sie wirkt.
beziehen wir es einfach mal auf etwas was aus unserem Alltag kennen z.b. eine einfache Kiste. Diese Kiste hat eine Masse m also sie wiegt etwas, z.b. 1kg.
diese Kiste ruht jetzt möchtest du diese Kiste nun bewegen also sie beschleunigen, so musst du mit einer Kraft F auf die Kiste einwirken. Wie machst du das? Ganz einfach du schiebst das Ding an ;)
F=m*a wie viel Kraft brauchen wir nun um die Kiste von 1kg um 1m/s^2 zu beschleunigen?
F=m*a=1kg*1m/s^2=1kg*m/s^2 Das ist die Definition von der Einheit N für die Kraft F 1N ist nämlich exakt die Kraft die benötigt wird um eine Masse von 1kg um 1m/s^2 zu beschleunigen.
Wie schaut das jetzt mit so einer Ladung aus? Die Kiste wird beschleunigt, indem etwas mit einer Kraft auf sie einwirkt. Mit der Ladung ist es exakt das selbe aber bei der Kiste sind wir es, die auf die Masse einwirkt. Was wirkt aber auf Ladungen? Was beschleunigt eine Ladung?
Es ist das elektrische Feld. Du hast sicher gelernt, das positive Ladungen negative anziehen und gleichnamige sich abstoßen richtig? Aber warum tun sie das? Sie tun es, weil von der Ladung selbst ein elektrisches Feld aus geht. Und Ladungen werden durch elektrische Felder beschleunigt:
Fel=E*Q
Also die Kraft F elektrisch ist das Produkt aus der elektrischen Feldstärke E und der Ladung Q. Was F=m*a für Massen ist, ist Fel=E*Q für Ladung.
Jetzt haben wir ja eine Spannung U Die Spannung gibt an wie groß die Energiedifferenz zwischen zwei Punkten pro Ladung ist also U=W/Q
Aber was ist Arbeit? Arbeit ist per Definition Kraft * Weg W=F*s.
E ist unsere Kraft. Bzw E*Q Denn je mehr Ladungen auf kleiner Fläche, desto größer die elektrische Feldstärke E
Jetzt setzen wir für F einfach nur E*Q ein und erhalten:
W=E*Q*s
Jetzt wird es etwas Tricky! Die elektrische Spannung U wird umso größer, je mehr wir Ladungen voneinander trennen. Also U=E*s das ist der ganze Zauber mit der Spannung. Nun einfach die Gleichung nach E umstellen E=U/s und in die Gleichung einsetzen:
W=(U/s)*Q*s
s/s kürzt sich jetzt raus und übrig bleibt für die elektrische Arbeit W=U*Q das ganze noch nach U umstellen U=W/Q und wir haben unsere Definition für die elektrische Spannung, die gibt nämlich an wie viel Arbeit pro Ladung steckt.
Der elektrische Widerstand ist immer eine Material bezogene Größe ja nach Material Verarbeitung und der Länge ist der Widerstandswert unterschiedlich groß. Der elektrische Widerstand R ist eine Kraft die entgegen der Bewegung von Ladungen wirkt. Der elektrische Widerstand will also nicht, dass Ladungen sich bewegen.
Wenn jetzt eine bewegte Ladung daher kommt mit einer bestimmten Geschwindigkeit dann besitzt diese Ladung eine kinetische Energie, sie ist ja in Bewegung. Nun wirkt der Ladung eine Kraft entgegen der Bewegungsrichtung die Energie der Ladung muss also frei werden der elektrische Leiter wird z.b. warm. Energieerhaltung. Wenn die Bewegungsenergie der Ladung verschwindet, dann muss sie ja irgendwo hin und daher wird der Leiter warm, Glüht oder was auch immer. Die Menge der Energie lässt sich dann berechnen indem wir Strom und die Spannung die am Widerstand abfällt miteinander Multiplizieren und wir erhalten:
P=U*I=W/Q*Q/t
(der elektrische Strom ist nichts anderes als Ladung pro Zeit eine gerichtete Bewegung von Ladung)
Q/Q verschwindet und über bleibt:
P=W/t
genau das was in der Physik die Leistung auch definiert nämlich Arbeit pro Zeit :)
U = R x I
Je höher die Volt (Kraft) sind, desto mehr Strom fließt durch die Engstelle (Widerstand). Werden die Volt größer oder die Engstelle weiter, fließt mehr strom... und umgekehrt.
Mfg
Schau dir mal das Video an
Wow! Danke für die ausführliche Erklärung 👍🏽