Dieses Beispiel stellt dar, wie eine LED an einem Raspberry Pi angeschlossen werden kann.
Wird der Ausgang GPIO17 eingeschaltet, liegt hier eine Spannung von 3.3 Volt an. Damit die LED leuchtet, ist aber nur eine Spannung von 1.5 Volt notwendig. Deshalb wird ein Widerstand in Reihe dazugeschaltet.
Gleich geladene Teilchen stoßen sich ab, entgegengesetzt geladene Teilchen ziehen sich an. Es fließt elektrischer Strom. Postitiv geladene Teilchen (Positronen) bewegen sich vom Anschluss GPIO17 durch die LED und durch den Widerstand zum Anschluss Ground. Negativ geladene Teilchen (Elektronen) bewegen sich vom Anschluss Ground durch den Widerstand und durch die LED zum Anschluss GPIO17. Da die Bewegungsrichtung der Teilchen gleich bleibt, spricht man hier von Gleichstrom.
Ich möchte nun in einfacher Art auf die einzelnen Begriffe eingehen. Die genauen Definitionen lassen sich auf anderen Seiten nachlesen.
Elektrische Spannung
Die elektrische Spannung gibt vereinfacht gesagt die Stärke einer Energiequelle an. Man kann sie mit dem Druck in der Hydraulik oder der Höhe bei potentieller Energie vergleichen. Bei Verbrennungsmotoren kann man die Spannung mit dem Drehmoment vergleichen.
Erhöht sich die Spannung an einem Bauteil, so ist dieses Bauteil eine Stromquelle. Verringert sich die Spannung, ist das Bauteil ein elektrischer Verbraucher und damit ein elektrischer Widerstand.
In dem Beispiel ist das Raspberry Pi die Stromquelle, welche eine Spannung von 3.3 Volt bereitstellt. Die LED darf aber nur mit einer Spannung von 1.5 Volt betrieben werden. Deshalb müssen wir die Spannung "teilen". Das geschieht mit der Reihenschaltung eines Widerstandes. Und da kommen wir zu einem neuen Begriff: Potenzial.
Um das Potenzial darstellen zu können, benötigen wir einen Bezugspunkt, dem wir den Wert 0 Volt zuordnen. In dem Beispiel bietet sich der Anschluss Ground an.
Am Anschluss GPIO17 erhalten wir so ein Potenzial von 3.3 Volt. Zwischen der LED und dem Widerstand benötigen wir ein Potenzial von 1.8 Volt (3.3V - 1.5V).
Bei Reihenschaltungen teilt sich die elektrische Spannung an den Bauteilen. Hier gilt:
Ugesamt = U1 + U2 + ... + Un
Bei Parallelschaltungen liegt an allen Bauteilen die gleiche Spannung an. Hier gilt:
Ugesamt = U1 = U2 = ... = Un
Befinden sich 2 Leitungen mit unterschiedlichen Potenzialen zu dicht beieinander, kommt es zu einer Blitzentladung wie bei einem Gewitter. Bei trockener Atmosphäre kann man hier einem Wert von 1000 V pro 1 mm Abstand ausgehen. Bei feuchter Luft verringert sich dieser Wert erheblich. Vielleicht kennt Ihr das noch von früher: Man fährt mit seinem Auto mit eingeschaltetem Radio. An bestimmten Tagen bei schlechtem Wetter fängt das Radio an, plötzlich an einem bestimmten Ort zu knattern. Die Ursache hierfür waren kleine Blitze an den Isolatoren der alten Überlandleitung. Wenn es dunkel war, konnte man diese kleinen Blitze gut sehen.
Deshalb ist die elektrische Spannung ein Hauptfaktor für die notwendige Isolation eines elektrischen Leiters. Zu geringe Isolationseigenschaft bedeutet ab 48 Volt Gefahr für Gesundheit oder gar Leben.
Aber ein Weidezaun mit blanken Drähten pulsiert mit etwa 16 Tausend Volt, wieso verletzt er Tiere und Menschen nicht? Weil diese Spannung nur ganz kurz anliegt. Diese Spannung wird am Ende des Impulses sofort wieder entladen.
Und warum bekommt ein Vogel keinen Stromschlag, wenn er auf einer 400-Volt-Leitung sitzt? Da sind wir wieder bei den Potenzialen. Wir brauchen einen Bezugspunkt. Das ist in dem Fall die Erde, die wir mit 0 Volt angeben müssen. Gegenüber der Erde hat der Vogel ein Potenzial von 400 Volt. Aber es ist dem Vogel unmöglich, eine Verbindung zur Erde herzustellen, damit elektricher Strom fließen kann. Gegenüber der Leitung hat der Vogel ein Potenzial von 0 Volt. Deshalb passiert ihm nichts.
Ganz anders sieht es bei Monteuren aus, die für die Deutsche Bahn Arbeiten an der Oberleitung (15 Tausend Volt) erledigen. Trotz Abschalten der Stromquelle besteht höchste Lebensgefahr. Auch wenn die Stromquelle abgeschaltet ist, bleibt das Potenzial von 15000 Volt gegenüber der Erde in der Leitung erhalten. Und die Monteure haben auf ihrem Zug eine Verbindung zur Erde. Deshalb muss die Oberleitung vorher "geerdet" werden, also eine elektrische Verbindung mit der Erde haben, bevor die Monteure arbeiten können. Solche Fakten gelten auch für Reparaturen an Maschinen oder der Energieversorgung.
Ich komme noch mal auf die Blitze zurück. Wir nutzen diese in einem Benzinmotor an den Zündkerzen. Damit ein Funke an der Zündkerze zum Zünden des Kraftstoffes entstehen kann, braucht man eine große elektrische Spannung. Diese Werte sind weit über 10 Tausend Volt. Bereitgestellt wurden früher solche Spannungen mittels der Zündspule, heute kann das die Elektronik. Die Isolationseigenschaft einer Zündkerze muss auch bei hohen Temperaturen extrem gut sein, da sie direkt am Motor angeschraubt wird. Und jetzt sollte auch klar sein, warum die Isolation eines Zündkabels so dick ist.
Die Stromstärke gibt an, wieviel geladene Teilchen sich in einem Zeitraum durch die elektrischen Leiter bewegen.
Man kann sie mit einer Menge Wasser vergleichen, die in einem Zeitraum durch einen Gartenschlauch fließt.
Bei einer Stromstärke von 1 Ampere fließen etwa 6.24 * 1018 Elementarladungen pro Sekunde durch den elektrischen Leiter.
Die Stromstärke ist der Hauptfaktor für die Erwärmung von elektrischen Leitern, was schon oft zu Bränden geführt hat. Wird eine Leitung warm, muss die Stromstärke verringert oder der Querschnitt des Leiters erhöht werden.
Bei Überlandleitungen, die elektrische Energie über weite Strecken übertragen, wird die Spannung auf 400000 Volt in Umspannstationen erhöht. Somit verringert sich die Stromstärke auf ein Tausendstel. Deshalb müssen diese Leitungen nicht einen riesen Querschnitt besitzen, um die Energie zu übertragen.
Bei Reihenschaltungen liegt an allen Bauteilen die gleiche Stromstärke an. Hier gilt:
Igesamt = I1 = I2 = ... = In
Bei Parallelschaltungen teilt sich die Gesamtstromstärke zu einzelnen Stromstärken an den Bauteilen auf. Hier gilt:
Igesamt = I1 + I2 + ... + In
Um zu hohe Stromstärken zu vermeiden und damit vor Schäden zu schützen, gibt es Sicherungen. Allerdings ist hier die Stromstärke nicht allein maßgebend. Wärme entwickelt sich nicht allein nur aus Stromstärke, auch wenn die Stromstärke dabei der Hauptfaktor ist. Deshalb ist es wichtig zu prüfen, ob die Sicherung der geeigneten elektrischen Spannung entspricht. Eine 1-Ampere-Sicherung muss bei 3.3 Volt anders beschaffen sein als bei 230 Volt.
Ein elektrischer Widerstand wandelt elektrische Energie in andere Energie um.
Er kann als Hindernis für den elektrischen Strom angesehen werden. Vergleichbar ist er mit einer Engstelle in einer Wasserleitung. Der Stromfluss wird geringer.
Jedes elektrische Gerät bzw. jeder elektrischer Verbraucher wie Glühlampen, Fernseher, Computer, Heizungen oder elektrische Motore sind elektrische Widerstände. Es wird Energie umgewandelt.
In jedem Stromkreis muss sich ein elektrischer Widerstand befinden. Sonst könnte der Strom ungebremst fließen, was dann ein Kurzschluss mit fatalen Folgen ist. Um Kurzschlüsse zu vermeiden, gibt es Sicherungen.
In dem Beispiel oben ist ein elektrischer Widerstand als Form eines elektronischen Bauteils aufgeschaltet. Auch dieses Bauteil wandelt elektrische Energie in Wärmeenergie um.
Bei Reihenschaltungen beträgt der Gesamtwiderstand die Summe aller einzelnen Widerstände:
Rgesamt = R1 + R2 + ... + Rn
In Parallelschaltungen ist der Gesamtwiderstand immer geringer als der kleinste einzelne Widerstand. Hier gilt:
1 / Rgesamt = 1 / R1 + 1 / R2 + ... + 1 / Rn
Der elektrische Widerstand eines durchschnittlichen Menschens beträgt etwa 2 kΩ, also etwa 2000 Ohm.
Der Traum von der Supraleitung
Jedes Kabel besitzt auch einen gewissen Widerstand. Für uns ist dieser Wert aber nicht relevant, weil er so gering ist. Aber jedes Kabel wandelt elektrische Energie in Wärme um, wenn ein Strom fließt. Bei langen Strecken bedeutet das mehr Verlust an elektrischer Energie.
In den 90er Jahren des vergangenes Jahrhundert forschte man deshalb, um eine sogenannte Supra-Leitung herzustellen und anwenden zu können. Der Widerstand soll 0 Ω betragen.
Das wäre natürlich Klasse. Wir könnten die elektrische Energie aus Wärme und Licht in der Wüste bereitstellen und sie mit ganz dünnen Drähten weltweit verbreiten.
Aber hier kommt die Natur, wie immer, ins Spiel.
Komplexe Beispielrechnungen in der Mathematik und Physik deuten auf einen Schluss, dass das nur bei einer Temperatur von 0 K, also -273.15°C, möglich sein könnte. Das ist aber in Laboren nicht nachweisbar.
Und wenn diese Beispielrechnungen richtig liegen, bedeutet das, dass wir die Sonne abschalten müssten. Somit haben wir auf der Erde keine Energiequelle mehr. Wir könnten die ganze Welt mit dünnen Drähten vernetzen. Aber wo nichts reinkommt, geht auch nichts raus. Das ist Natur.
Die elektrische Leistung gibt an, wieviel Elektoenergie in einer Zeiteinheit in andere Energie umgewandelt wird und damit wieviel Arbeit in einer Zeiteinheit verrichtet wird.
Sie ist der Quotient aus Energie und Zeit. Damit ist es die selbe physikalische Größe wie die Leistung bei anderen Energieformen.
Die elektrische Leistung gibt uns an, wie hell eine Glühlampe leuchtet, wie schnell eine Heizung einen Raum oder einen Topf Wasser erwärmt oder wie schnell ein Fahrzeug mit E-Motor fahren kann.
Die Einheit der Leistung ist Watt. Man könnte die Leistung auch in der alten Einheit Pferdestärken angeben, denn: 1 PS = 735.5 W
Egal, ob Reihen- oder Parallelschaltungen angewendet werden, die Gesamtleistung der Schaltung entspricht immer der Summe der Leistungen der einzelnen Verbraucher.
Die elektrische Energie ist die Menge an Energie, die ein elektrischer Verbraucher in andere Energie umwandelt. Somit gibt sie an, wieviel Arbeit verrichtet wird.
Bei Akkus wird gern die Speicherkapazität in Milliamperestunden angegeben. Dieser Wert ist eine Anzahl von Elementarladungen (Positronen, Elektronen). Um auf die Energiemenge zu kommen, muss dieser Wert mit der Spannung multipliziert werden. So hat z.Bsp. ein Akku mit 5V und 1000 mAh eine Speicherkapazität von 5 Wh, ein 12-Volt-Akku dagegen 12 Wh.
Warum ist die errechnete Leistung bei Drehstrom höher?
Bei Stromquellen ist die Anzahl der verlassenden Elementarladungen immer gleich der Anzahl ankommender Elementarladungen.
Bei Gleich- und Wechselstromkreisen benötigen wir 2 stromführende Ardern zwischen Stromquelle und Verbraucher. In der einen Ader fließt der Strom hin, in der anderen Arder kommt der Stromfluss zurück.
Bei Drehstromschaltungen werden 3 Verbraucher, auch wenn es nur 1 Motor ist, mit 3 stromführenden Ardern versorgt. Dadurch erhöht sich die Gesamtanzahl der sich bewegenden Elementarladungen, obwohl die (durchschnittliche) Stromstärke in jeder Ader gleich ist.
Es gibt zwei Arten von Drehstromschaltungen, die Sternschaltung und die Dreieckschaltung. Vielleicht erstelle ich mal ein Bild dazu.
Wichtig: Bei Geräten, die zwar mit Drehstromanschlüssen versorgt werden, aber der Nulleiter stromführend ist, sind die Wechselstromwerte sowohl in Leistung als auch Aderquerschnitt zu berücksichtigen. Das ist zum Beispiel bei einem Elektroherd der Fall. Viele Herde nutzen nur 2 Phasen und den Nulleiter, das sind dann 2 Wechselstromkreise und keine Drehstromschaltung. Also immer Herstellerangaben beachten.
Beschreibung
Der elektrische Stromkreis
Beispielschaltung
Dieses Beispiel stellt dar, wie eine LED an einem Raspberry Pi angeschlossen werden kann.
Wird der Ausgang GPIO17 eingeschaltet, liegt hier eine Spannung von 3.3 Volt an. Damit die LED leuchtet, ist aber nur eine Spannung von 1.5 Volt notwendig. Deshalb wird ein Widerstand in Reihe dazugeschaltet.
Gleich geladene Teilchen stoßen sich ab, entgegengesetzt geladene Teilchen ziehen sich an. Es fließt elektrischer Strom. Postitiv geladene Teilchen (Positronen) bewegen sich vom Anschluss GPIO17 durch die LED und durch den Widerstand zum Anschluss Ground. Negativ geladene Teilchen (Elektronen) bewegen sich vom Anschluss Ground durch den Widerstand und durch die LED zum Anschluss GPIO17. Da die Bewegungsrichtung der Teilchen gleich bleibt, spricht man hier von Gleichstrom.
Ich möchte nun in einfacher Art auf die einzelnen Begriffe eingehen. Die genauen Definitionen lassen sich auf anderen Seiten nachlesen.
Elektrische Spannung
Die elektrische Spannung gibt vereinfacht gesagt die Stärke einer Energiequelle an. Man kann sie mit dem Druck in der Hydraulik oder der Höhe bei potentieller Energie vergleichen. Bei Verbrennungsmotoren kann man die Spannung mit dem Drehmoment vergleichen.
Erhöht sich die Spannung an einem Bauteil, so ist dieses Bauteil eine Stromquelle. Verringert sich die Spannung, ist das Bauteil ein elektrischer Verbraucher und damit ein elektrischer Widerstand.
In dem Beispiel ist das Raspberry Pi die Stromquelle, welche eine Spannung von 3.3 Volt bereitstellt. Die LED darf aber nur mit einer Spannung von 1.5 Volt betrieben werden. Deshalb müssen wir die Spannung "teilen". Das geschieht mit der Reihenschaltung eines Widerstandes. Und da kommen wir zu einem neuen Begriff: Potenzial.
Um das Potenzial darstellen zu können, benötigen wir einen Bezugspunkt, dem wir den Wert 0 Volt zuordnen. In dem Beispiel bietet sich der Anschluss Ground an.
Am Anschluss GPIO17 erhalten wir so ein Potenzial von 3.3 Volt. Zwischen der LED und dem Widerstand benötigen wir ein Potenzial von 1.8 Volt (3.3V - 1.5V).
Bei Reihenschaltungen teilt sich die elektrische Spannung an den Bauteilen. Hier gilt:
Bei Parallelschaltungen liegt an allen Bauteilen die gleiche Spannung an. Hier gilt:
Befinden sich 2 Leitungen mit unterschiedlichen Potenzialen zu dicht beieinander, kommt es zu einer Blitzentladung wie bei einem Gewitter. Bei trockener Atmosphäre kann man hier einem Wert von 1000 V pro 1 mm Abstand ausgehen. Bei feuchter Luft verringert sich dieser Wert erheblich. Vielleicht kennt Ihr das noch von früher: Man fährt mit seinem Auto mit eingeschaltetem Radio. An bestimmten Tagen bei schlechtem Wetter fängt das Radio an, plötzlich an einem bestimmten Ort zu knattern. Die Ursache hierfür waren kleine Blitze an den Isolatoren der alten Überlandleitung. Wenn es dunkel war, konnte man diese kleinen Blitze gut sehen.
Deshalb ist die elektrische Spannung ein Hauptfaktor für die notwendige Isolation eines elektrischen Leiters. Zu geringe Isolationseigenschaft bedeutet ab 48 Volt Gefahr für Gesundheit oder gar Leben.
Aber ein Weidezaun mit blanken Drähten pulsiert mit etwa 16 Tausend Volt, wieso verletzt er Tiere und Menschen nicht? Weil diese Spannung nur ganz kurz anliegt. Diese Spannung wird am Ende des Impulses sofort wieder entladen.
Und warum bekommt ein Vogel keinen Stromschlag, wenn er auf einer 400-Volt-Leitung sitzt? Da sind wir wieder bei den Potenzialen. Wir brauchen einen Bezugspunkt. Das ist in dem Fall die Erde, die wir mit 0 Volt angeben müssen. Gegenüber der Erde hat der Vogel ein Potenzial von 400 Volt. Aber es ist dem Vogel unmöglich, eine Verbindung zur Erde herzustellen, damit elektricher Strom fließen kann. Gegenüber der Leitung hat der Vogel ein Potenzial von 0 Volt. Deshalb passiert ihm nichts.
Ganz anders sieht es bei Monteuren aus, die für die Deutsche Bahn Arbeiten an der Oberleitung (15 Tausend Volt) erledigen. Trotz Abschalten der Stromquelle besteht höchste Lebensgefahr. Auch wenn die Stromquelle abgeschaltet ist, bleibt das Potenzial von 15000 Volt gegenüber der Erde in der Leitung erhalten. Und die Monteure haben auf ihrem Zug eine Verbindung zur Erde. Deshalb muss die Oberleitung vorher "geerdet" werden, also eine elektrische Verbindung mit der Erde haben, bevor die Monteure arbeiten können. Solche Fakten gelten auch für Reparaturen an Maschinen oder der Energieversorgung.
Ich komme noch mal auf die Blitze zurück. Wir nutzen diese in einem Benzinmotor an den Zündkerzen. Damit ein Funke an der Zündkerze zum Zünden des Kraftstoffes entstehen kann, braucht man eine große elektrische Spannung. Diese Werte sind weit über 10 Tausend Volt. Bereitgestellt wurden früher solche Spannungen mittels der Zündspule, heute kann das die Elektronik. Die Isolationseigenschaft einer Zündkerze muss auch bei hohen Temperaturen extrem gut sein, da sie direkt am Motor angeschraubt wird. Und jetzt sollte auch klar sein, warum die Isolation eines Zündkabels so dick ist.
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Elektrische Stromstärke
Die Stromstärke gibt an, wieviel geladene Teilchen sich in einem Zeitraum durch die elektrischen Leiter bewegen.
Man kann sie mit einer Menge Wasser vergleichen, die in einem Zeitraum durch einen Gartenschlauch fließt.
Bei einer Stromstärke von 1 Ampere fließen etwa 6.24 * 1018 Elementarladungen pro Sekunde durch den elektrischen Leiter.
Die Stromstärke ist der Hauptfaktor für die Erwärmung von elektrischen Leitern, was schon oft zu Bränden geführt hat. Wird eine Leitung warm, muss die Stromstärke verringert oder der Querschnitt des Leiters erhöht werden.
Bei Überlandleitungen, die elektrische Energie über weite Strecken übertragen, wird die Spannung auf 400000 Volt in Umspannstationen erhöht. Somit verringert sich die Stromstärke auf ein Tausendstel. Deshalb müssen diese Leitungen nicht einen riesen Querschnitt besitzen, um die Energie zu übertragen.
Bei Reihenschaltungen liegt an allen Bauteilen die gleiche Stromstärke an. Hier gilt:
Bei Parallelschaltungen teilt sich die Gesamtstromstärke zu einzelnen Stromstärken an den Bauteilen auf. Hier gilt:
Um zu hohe Stromstärken zu vermeiden und damit vor Schäden zu schützen, gibt es Sicherungen. Allerdings ist hier die Stromstärke nicht allein maßgebend. Wärme entwickelt sich nicht allein nur aus Stromstärke, auch wenn die Stromstärke dabei der Hauptfaktor ist. Deshalb ist es wichtig zu prüfen, ob die Sicherung der geeigneten elektrischen Spannung entspricht. Eine 1-Ampere-Sicherung muss bei 3.3 Volt anders beschaffen sein als bei 230 Volt.
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Elektrischer Widerstand
Ein elektrischer Widerstand wandelt elektrische Energie in andere Energie um.
Er kann als Hindernis für den elektrischen Strom angesehen werden. Vergleichbar ist er mit einer Engstelle in einer Wasserleitung. Der Stromfluss wird geringer.
Jedes elektrische Gerät bzw. jeder elektrischer Verbraucher wie Glühlampen, Fernseher, Computer, Heizungen oder elektrische Motore sind elektrische Widerstände. Es wird Energie umgewandelt.
In jedem Stromkreis muss sich ein elektrischer Widerstand befinden. Sonst könnte der Strom ungebremst fließen, was dann ein Kurzschluss mit fatalen Folgen ist. Um Kurzschlüsse zu vermeiden, gibt es Sicherungen.
In dem Beispiel oben ist ein elektrischer Widerstand als Form eines elektronischen Bauteils aufgeschaltet. Auch dieses Bauteil wandelt elektrische Energie in Wärmeenergie um.
Bei Reihenschaltungen beträgt der Gesamtwiderstand die Summe aller einzelnen Widerstände:
In Parallelschaltungen ist der Gesamtwiderstand immer geringer als der kleinste einzelne Widerstand. Hier gilt:
Der elektrische Widerstand eines durchschnittlichen Menschens beträgt etwa 2 kΩ, also etwa 2000 Ohm.
Der Traum von der Supraleitung
Jedes Kabel besitzt auch einen gewissen Widerstand. Für uns ist dieser Wert aber nicht relevant, weil er so gering ist. Aber jedes Kabel wandelt elektrische Energie in Wärme um, wenn ein Strom fließt. Bei langen Strecken bedeutet das mehr Verlust an elektrischer Energie.
In den 90er Jahren des vergangenes Jahrhundert forschte man deshalb, um eine sogenannte Supra-Leitung herzustellen und anwenden zu können. Der Widerstand soll 0 Ω betragen.
Das wäre natürlich Klasse. Wir könnten die elektrische Energie aus Wärme und Licht in der Wüste bereitstellen und sie mit ganz dünnen Drähten weltweit verbreiten.
Aber hier kommt die Natur, wie immer, ins Spiel.
Komplexe Beispielrechnungen in der Mathematik und Physik deuten auf einen Schluss, dass das nur bei einer Temperatur von 0 K, also -273.15°C, möglich sein könnte. Das ist aber in Laboren nicht nachweisbar.
Und wenn diese Beispielrechnungen richtig liegen, bedeutet das, dass wir die Sonne abschalten müssten. Somit haben wir auf der Erde keine Energiequelle mehr. Wir könnten die ganze Welt mit dünnen Drähten vernetzen. Aber wo nichts reinkommt, geht auch nichts raus. Das ist Natur.
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Elektrischer Leistung
Die elektrische Leistung gibt an, wieviel Elektoenergie in einer Zeiteinheit in andere Energie umgewandelt wird und damit wieviel Arbeit in einer Zeiteinheit verrichtet wird.
Sie ist der Quotient aus Energie und Zeit. Damit ist es die selbe physikalische Größe wie die Leistung bei anderen Energieformen.
Die elektrische Leistung gibt uns an, wie hell eine Glühlampe leuchtet, wie schnell eine Heizung einen Raum oder einen Topf Wasser erwärmt oder wie schnell ein Fahrzeug mit E-Motor fahren kann.
Die Einheit der Leistung ist Watt. Man könnte die Leistung auch in der alten Einheit Pferdestärken angeben, denn: 1 PS = 735.5 W
Egal, ob Reihen- oder Parallelschaltungen angewendet werden, die Gesamtleistung der Schaltung entspricht immer der Summe der Leistungen der einzelnen Verbraucher.
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Elektrische Energie (Menge)
Diese Größe kennen wir alle von unserer Stromrechnung, die Kilowattstunde (kWh). Die Grundeinheit ist allerdings die Wattsekunde (Ws).
Die elektrische Energie ist die Menge an Energie, die ein elektrischer Verbraucher in andere Energie umwandelt. Somit gibt sie an, wieviel Arbeit verrichtet wird.
Bei Akkus wird gern die Speicherkapazität in Milliamperestunden angegeben. Dieser Wert ist eine Anzahl von Elementarladungen (Positronen, Elektronen). Um auf die Energiemenge zu kommen, muss dieser Wert mit der Spannung multipliziert werden. So hat z.Bsp. ein Akku mit 5V und 1000 mAh eine Speicherkapazität von 5 Wh, ein 12-Volt-Akku dagegen 12 Wh.
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Warum ist die errechnete Leistung bei Drehstrom höher?
Bei Stromquellen ist die Anzahl der verlassenden Elementarladungen immer gleich der Anzahl ankommender Elementarladungen.
Bei Gleich- und Wechselstromkreisen benötigen wir 2 stromführende Ardern zwischen Stromquelle und Verbraucher. In der einen Ader fließt der Strom hin, in der anderen Arder kommt der Stromfluss zurück.
Bei Drehstromschaltungen werden 3 Verbraucher, auch wenn es nur 1 Motor ist, mit 3 stromführenden Ardern versorgt. Dadurch erhöht sich die Gesamtanzahl der sich bewegenden Elementarladungen, obwohl die (durchschnittliche) Stromstärke in jeder Ader gleich ist.
Es gibt zwei Arten von Drehstromschaltungen, die Sternschaltung und die Dreieckschaltung. Vielleicht erstelle ich mal ein Bild dazu.
Wichtig: Bei Geräten, die zwar mit Drehstromanschlüssen versorgt werden, aber der Nulleiter stromführend ist, sind die Wechselstromwerte sowohl in Leistung als auch Aderquerschnitt zu berücksichtigen. Das ist zum Beispiel bei einem Elektroherd der Fall. Viele Herde nutzen nur 2 Phasen und den Nulleiter, das sind dann 2 Wechselstromkreise und keine Drehstromschaltung. Also immer Herstellerangaben beachten.
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