Elektrische Spannung über Widerstand berechnen?
Hallo,
ich habe bei der folgenden Aufgabe ein Problem den Ansatz zu finden :
Sie haben am Labornetzteil eine Spannung von 50 V und eine Strombegrenzung von 1 mA eingestellt. Sie schließen eine ohm'sche Last mit einem elektrischen Widerstand von 40 Ω direkt an das Netzteil. Welche elektrische Spannung stellt sich über dem Widerstand ein?
Ich weiß, dass ich das Ohm‘sche Gesetz nutzen muss, aber an welcher Stelle und wo fange ich an. Vielleicht kann mir ja jemand weiterhelfen. Das wäre sehr lieb.
Lg Leonie
5 Antworten
die Angabe der Spannung, ob 5 oder 50 oder gar 500V ist nur zur Irreführung oder besser für den Lerneffekt gedacht.
Ausschlaggebend ist die Angabe 1mA.
Dieses Labornetzteil ist in dem Falle eine sogenannte Konstantstromquelle.
Wenn die mit 40 Ohm belastet wird und 1mA fließen, dann ergeben sich U = I * R
U= 40 Ohm * 1mA = 40mV.
Zusatzüberlegung, die nicht zur Aufgabe gehört:
Wenn das Labornetzteil ohne den 40 Ohm Widerstand 50V liefern kann (das nennt man dann Leerlaufspannung), wie groß ist dann der innere Widerstand (Innenwiderstand) wenn bei Belastung mit 40 Ohm die Spannung nur noch 40mV beträgt.
Kriege das raus und du kannst deinen Lehrer oder die Lehrerin beeindrucken. Vielleicht kommt so eine Frage.
das mit der 2. Antwort geht auch nicht, aber einer Ergänzung.
Ersetze U durch 50V , R1 durch R-Innenwiderstand , R2 durch 40 Ohm und U2 durch 40mV.
Und doch sollte der/die, die die Aufgabe lösen soll, erkennen, dass die Angabe der Spannung (hier 50V) für die Aufgabe irrelevant ist.
(Leonie wird das sicher auch verwirrt haben, sonst hätte sie wohl nicht gefragt)
Labornetzgeräte sind technische Geräte, die nur in einem begrenzten Bereich arbeiten können. Die von mir genannten 500V dürfte es nicht in der Praxis gegeben auch sind 40mV sehr weit weg von realen Aufgaben, für die man solche Laborgeräte benötigt.
In der Zeit von Radios und Fernsehgeräten mit Elektronenröhren waren Laborgeräte mit Spannungen von 4V, 6,3V (für die Heizung) und Gleichspannungen bis 300V üblich.
Für Halbleiterbauelement werden 3,3V, 5V, 12V .... 30V gebraucht.
Da sind schon 50V weit weg vom Einsatzzweck.
Mit fällt nichts ein,was man im mV-Bereich mit Labornetzteilen machen sollte.
Damit rechnen? o.k. es ist ja Schule.
Ich wollte ja nur darauf hinaus, dass man sich mal klar macht, ob die Strombegrenzung zum Tragen kommt oder nicht. Wären die Werte für Spannung, Widerstand und Strombegrenzung so, dass der Strom ohnehin niedriger ist als der eingestellte Begrenzungswert, dann müßte man mit diesem Strom rechnen.
Das bei den Angaben aus der Aufgabe mit dem begrenzten Strom von 1mA zu rechnen ist, dass siehst Du und sehe ich mit einem Blick. Aber sieht das auch der Schüler?
Aber sieht das auch der Schüler?
sicher nicht gleich. Selbst einige Studenten im 3. Semester eines Elektronik-Studiengangs konnten anfangs den unendlich hohen Innenwiderstand einer Konstantstromquelle nicht erkennen.
Das Lesen unserer Beiträge könnte aber dazu führen, tiefer in solche Dinge einzudringen.
Heißt das dann, dass am Widerstand die Spannung 40mV beträgt. Oder muss man die 40mV von den 50 V abziehen und das wäre dann die Spannung am Widerstand?
das gehört dann zu den Dingen, die ich Zusatzüberlegung genannt habe.
Wenn ohne externen Widerstand (in der Aufgabe ist das der 40 Ohm Widerstand) die Spannung 50 V beträgt, dann ist das die sogenannte Leelaufspannung.
Man kann sich die Quelle als eine ideale Spannungsquelle (mit 50V) vorstellen.
Wenn mit der Belastung durch den 40 Ohm Widerstand außen aber nur noch 40 mV messbar sind, dann ist die Frage,wo sind die restlichen 49,960 V hin?
Eine einfache Erklärung ist, innerhalb der Spannungsquelle ist ein Widerstand vorhanden. Über den fällt dies Spannung von 49,960V ab.
Der innere Widerstand bildet dann mit den 40 Ohm einen Spannungsteiler.
49,960V am inneren 40mV (= 0,04V) am äußeren Widerstand. Das sind dann wieder 50V .
Wenn du das so gemeint hast, ist das richtig. Hast du?
Leider kann ich hier kein Bild einfügen. Ich schreibe dafür eine 2. Antwort
So wie alle Formeln mit 3 Grössen, kann man einmal multiplizieren und zweimal dividieren, wenn man sie nach allen 3 Möglichkeiten umstellt.
Beim Ohmschen Gesetz wäre das
1. U = R x I
2. R = U / I
3. I = U / R
Da I und R gegeben sind (U ist gesucht)
kann man hier die Formel 1. verwenden.
Gruß DER ELEKTRIKER
Das ist das URI-Dreieck. Das ermöglicht auf einfache Weise , die Formel nach Spannung, Widerstand oder Strom umzustellen. Den Gesuchten Wert deckt man einfach zu und übrig bleiben die Buchstaben, für die Werte eingesetzt werden.
Ersetzt man die Variablen durch P (oben) und statt R kommt U nach unten, hast Du schon die Leistungsformel. Erweitert man die mit der Zeit t lässt sich geleistete Arbeit berechnen.
Da der Strom auf 1mA begrenzt ist, werden an 40 Ohm 40 mV abfallen.
Zunächst solltest Du abschätzen, welcher Strom durch den Widerstand fließen würde, wenn es keine Strombegrenzung gäbe. Also einfach den Strom bei 50V an 40Ohm überschlagen. Ist er größer als 1mA, dann greift die Strombegrenzung, und der Strom durch den Widerstand ist 1mA. Ist er kleiner als 1mA, ist die Begrenzung wirkungslos und Du mußt mit diesem Strom rechnen. Diese Überlegung gehört meiner Ansicht nach unbedingt zur Lösung der Aufgabe dazu!
Nun, da Du den Strom durch den Widerstand kennst, kannst Du leicht die Spannung über dem Widerstand berechnen.
Die Formel, die Du benötigst, ist R=U/I, einmal umgestellt nach I, das zweite Mal nach U.
"die Angabe der Spannung, ob 5 oder 50 oder gar 500V ist nur zur Irreführung oder besser für den Lerneffekt gedacht." - Finde ich nicht ganz. Was wäre denn, wenn die Spannung sehr klein wäre, so kleiner als 40mV? dann dürftest Du nicht mehr mit 1mA rechnen.