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Grundlagen der Elektrotechnik


Gleichstromtechnik


Strom,Spannung, Widerstand

zuletzt bearbeitet am 12.6.2003

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U-I-Kennlinien

Strom


Spannung


Widerstand



















Wenn sie wissen wollen, was man eigentlich unter den Begriffen Strom, Spannung und Widerstand versteht und wie diese Größen genau definiert sind, dann sehen sie hier nach




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Strom

Spannung








Elektrischer Strom ist die gleichzeitige Bewegung von Ladungsträgern gleicher Polarität in die gleiche Richtung.




gleichzeitig:
Im Prinzip reicht schon ein geladenes Teilchen, das sich irgendwo bewegt, um einen Strom zu erzeugen, dieser ist jedoch in der Technik bedeutungslos, da er so gering ist, dass er keine spürbare Wirkung hat. Einen Glühfaden zum Leuchten bringen funktioniert nur, wenn tatsächlich gleichzeitig ungeheure Mengen von geladenen Teilchen sich bewegen.
gleiche Polarität:
bewegen sich z.B. genau so viele Elektronen in die selbe Richtung wie Protonen, so hat man zwar einen Teilchenstrom, nicht jedoch einen elektrischen Strom, da sich die entgegengesetzten Ladungen gerade gegenseitig unwirksam machen.
gleiche Richtung:
Bewegen sich die gleichpolig geladenen Teilchen völlig chaotisch durcheinander, kann man nicht von Strom sprechen, obwohl evtl. sogar eine Wärmewirkung beobachtbar wäre.












Die Einheit des elektrischen Stroms ist das Ampere (A). Das Ampere ist eine der sieben Grundeinheiten der Physik, so wie der Strom eine der sieben Grundgrößen der Physik ist.
Die anderen sind: Länge, Zeit, Temperatur, Masse, Lichtstärke und Stoffmenge.




Die amtliche Amperedefinition ist wie folgt festgelegt:

Ampere Definition

Das Ampere ist die Stärke eines konstanten elektrischen Stromes, der, durch zwei parallele, geradlinige, unendlich lange und im Vakuum im Abstand von einem Meter voneinander angeordnete Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je einem Meter Leiterlänge die Kraft 2 107 Newton hervorrufen würde.

Zitat aus Physikalisch Technische Bundesanstalt PTB, Braunschweig









weitere Formeln zur Stromstärke:

Ohmsches Gesetz:

I = U / R

Der Strom von einem Ampere fließt genau dann, wenn an einem Widerstand von 100 W eine Spannung von 100V fällt.
Kapazität:

I = K / t

Der Strom von einem Ampere fließt genau dann, wenn ein Akku mit der Kapazität von 54Ah nach 54 Stunde entladen ist.
Genaueres siehe Akkukapazität
elektrische Ladung:

I = Q / t

Die Stromstärke von einem Ampere fließt genau dann, wenn durch den Querschnitt eines Leiters pro Sekunde eine Gesamtladung von 1As strömt.
Das sind 6,25 * 1018 Elektronen pro Sekunde (siehe Ladung). Die muss man erst mal so schnell zählen!
Leistung:

I = P / U

Der Strom von 10 Ampere fließt genau dann, wenn die Leistungsaufnahme einer Maschine 100W beträgt und sie mit 10V Spannung beliefert wird.
































Stromstärken im Kraftfahrzeug (Beispiele)

Gerät Stromstärke in A
Starter, unmittelbar nach dem Einspuren 500 ... 1500
Starter, kurz vor Startende 200 ... 700
Einrück- u. Haltestrom des Starters30 ... 60
Kurzschlussstrom eines Akkus 700 ... 2000
Kälteprüfstrom eines Akkus200 ... 700
maximaler Generatorstrom 80 ... 180
eine Glühkerze ca 10
Klopfsensors ca 0,001
Lambdasonde einige mA
OT- Geber einige mA
ein Abblendlicht 4,7
Heckscheibenheizung 30
Kraftstoffpumpe 13
Wischermotor 8
Steuergeräte 15
Radio 15
ABS - Pumpe 50










































Strom

Spannung

Widerstand






Voltdefinition Die Spannung ist keine Grundgröße und folglich ist ihre Einheit, das Volt, auch keine Grundeinheit, vielmehr sind beide aus den jeweiligen Grundgrößen / Grundeinheiten abgeleitete Elemente. Um diese zu erläutern, betrachten sie die Abbildung links, wo die beiden Kondensatorplatten (1 u. 2) mit der Gleichspanungsquelle verbunden sind. Zwischen den Kondensatorplatten bildet sich dann das elektrische Feld E aus, das von der Plusplatte zur Minusplatte gerichtet ist. Ein elektrisch geladenes Teilchen spürt in diesem elektrischen Feld eine Kraft (wie eine Masse im Schwerefeld). Das blaue Teilchen mit der positiven Ladung q befindet sich an der negativ geladenen Platte 2. Versucht man nun dieses Teilchen in Richtung Platte 1 zu bewegen, so muss man dazu eine Kraft aufwenden (wie wenn man eine Masse gegen die Schwerkraft heben will). Verschiebt man also das Teilchen bis zur positiv geladenen Platte 1, so hat man richtig Arbeit verrichtet. (Interessant ist, dass es dabei egal ist, auf welchem Weg man vom Startpunkt zum Zielpunkt gelangt und auch, wo z.B. der Zielpunkt auf der Platte 1 liegt.)

Die Volt-Definition ist nun wie folgt:

Die Spannung U der Spannungsquelle beträgt genau dann 1 Volt, wenn man zur Verschiebung eines Teilchens mit der Ladung 1As eine Energie von 1Nm benötigt.





weitere Formeln zur Spannung:

Ohmsches Gesetz:

U = I * R

Die Spannung von 1 Volt liegt an einem Widerstand von 1W, wenn die Stromstärke durch ihn genau 1 A beträgt.
Leistung:

U = P / I

Die Spannung berträgt genau dann 10 Volt, wenn die Leistungsaufnahme einer Maschine 100W beträgt und sie von einem Strom der Stärke 10A durchflossen wird.


















Spannungen im Kraftfahrzeug (Beispiele)

Gerät Spannung in V
Bordnetznennspannung 12, 24, 42
Entlade- / Ladeschlussspannung des Akkus 10,5 / 14,4
Lambdasonde 0,2 ... 0,9
OT- Geber, Drehzahlgeber (induktiv) 0 ... 70
zulässiger Spannungsverlust an Starterhauptleitung (12V) 1,4
Klopfsensor  
Spannungsversorgung von vielen Sensoren 5
Spannung der statisch geladenen Karosserieeinige tausend
Zündspannung 15000 ... 40000
max. Spannung im Primärkreis (Zündspule) 400











































Spannung

Widerstand

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Auch der Widerstand ist eine abgeleitete Größe. Gemäß dem Ohmschen Gesetz wird er gebildet aus den Größen Strom und Spannung und es gilt

R = U / I

Die Einheit des elektrischen Widerstands ist das Ohm: W (= V/A).

Das Wort Widerstand ist doppeldeutig: es kann das Bauteil in einem Stromkreis bedeuten, es kann aber auch die Eigenschaft dieses Bauteils meinen. Aus dem Sinnzusammenhang ist meist erkenntlich, was gemeint ist.






Widerstand als Bauteil

Baureihen von Widerständen:

Widerstände werden in Größtserien kostengünstig gefertigt. Dabei werden nur bestimmte Werte von Widerständen erzeugt, die in den Reihen E6, E12, E24, E48 und E96 zusammengefasst sind. Die Zahl hinter E gibt an, wie viele verschiedene Werte innerhalb einer Zehnerpotenz (Dekade) gefertigt werden.

So enthält die E6 - Reihe die Werte :
1,5Ω 2,2Ω 3,3Ω 4,7Ω 6,8Ω
10Ω 15Ω 22Ω 33Ω 47Ω 68Ω
100Ω 150Ω 220Ω 330Ω 470Ω 680Ω
1kΩ 1,5kΩ 2,2kΩ3,3kΩ 4,7kΩ 6,8kΩ
...
Den Stufensprungfaktor berechnet man für diese Reihe aus der 6.Wurzel aus 10 = 1,468. Die Widertsandswerte erhält man, indem man den Wert eines Widerstands mit dem Stufensprungfaktor multipliziert und dann rundet.

Die Baureihe E12 enthält in jeder Dekade 12 Widerstandswerte mit entsprechend kleinerem Stufensprung und natürlich auch entsprechend engerer Toleranz.

Schließlich enthält die Baureihe E96 in jeder Dekade 96 Widerstandswerte mit einem Stufensprung von etwa 1,0243 und einer Toleranz von etwa 1%.

Auf diese Weise stehen billige Widerstände dort zur Verfügung, wo es nicht auf hohe Genauigkeit ankommt und andererseits sind auch eng tolerierte Widerstände z.B. für Messzwecke lieferbar.



Farbkennzeichnung von Widerständen:

Ringfarbe









goldsilberfarblos
1. Ring-123 45678 9---
2. Ring / 2.Ziffer0123 45678 9---
3. Ring / Faktor100101102103 104105106107108 1090,10,01-
4. Ring / Toleranz in%-±1±2- -±0,5--- -±5±10±20
5. Ring / zul. Spannung in V-100200300 400500600700800 90010002000500
6. Ring / Temperaturkoeffizient α in ppm/K2501005015 25201051 ----









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