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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Energieverlust Widerstand


Autor: Saed Tj (edbvp)
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Hallo,
Wenn Elektronen durch einen elektrischen Widerstand fließen und die 
Elektronen abgebremst werden, verliert sich Energie bei den elastischen 
Stößen in Form von Wärme oder Photonen?

Man nimmt an: Eine 9V Batterie, welche mit keinem Verbraucher verbunden 
ist, verliert zeitlich im Unendlichen betrachtet keine Spannung 
(Halbwertszeiten und chemische Zersetzung vernachlässigt).

Der Plus- und Minuspol wird mit einem Widerstand verbunden.
Wird die Kapazität der Batterie im Unendlichen abnehmen, also verliert 
sich Energie über den Widerstand? Ist der Widerstand also Verbraucher?
Oder bleibt die Batterie "voll geladen"?

Autor: Gast 56 (Gast)
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Kopfschüttel......
Frag mal den Herrn Ohm!

Widerstand über Batterie, die Batterie entlädt sich.
Selbst wenn man mal Deine "(Halbwertszeiten und chemische Zersetzung 
vernachlässigt)." vernachlässigt. Dann müßtest Du aber auch den
internen parallel Widerstand auf unendlich setzen, der reale
und wenn es nur ein paar Mega-Ohms sind trägt zur Sellbstentladung
bei.

Autor: Saed Tj (edbvp)
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D.h. umso mehr Widerstände ich in einer Schaltung einbaue umso mehr 
Strom wird verbraucht?

Autor: dtm (Gast)
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Batteriekapazität wird in Amperestunden (Ah) angegeben. Sie gibt an, wie 
lange ein Strom bei der Akkuspannung fließen kann.
Ein Widerstand zwischen den Polen der Batterie wird von einem Strom 
durchflossen. Jetzt kann man mit dem Ohmschen Gesetz und dem Dreisatz 
leicht ausrechnen, wie lange die Baterie das durchhält.

Aber Vorsicht:
Beim näheren Betrachen von Batterien sieht man, dass sich die Spannung 
schon vorher verringert (sehr unterschiedlich von Batterietyp zu 
Batterietyp).

Autor: jochen (Gast)
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Was du beschreibst ist quasi der Aufbau einer Heizung, ein Widerstand 
stellt hier einen Verbraucher da. D.h. die Batterie wird sich entleeren, 
da ein Strom durch den Widerstand fliesst. Die Energiemenge in einer 
Batterie wird in Amperestunden Ah bzw. MilliAh angegebn. Es bedeutet, 
dass bei einer Energiemenge von 1Ah ein Strom von 1A eine Stunde 
fliessen kann bis die Batterie leer ist. Der Strom der fliesst, 
berechnet sich als Spannung durch Widerstand. Auch eine Glühbirne ist 
quasi "nur" ein Widerstand.

Autor: Bensch (Gast)
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Schöne Hausaufgabe, die aber leicht zu lösen ist, wenn man im Unterricht 
nicht tief und fest geschlafen hat....

> ...also verliert sich Energie über den Widerstand?

Der Aufgabensteller scheint mir hauptberuflich Esoteriker zu sein....

Autor: Benjamin S. (recycler)
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Lies mal das Thema über Energieerhaltung.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> ...also verliert sich Energie über den Widerstand?
Energie geht nicht verloren. Sie degeneriert zu Wärme.

> D.h. umso mehr Widerstände ich in einer Schaltung einbaue
> umso mehr Strom wird verbraucht?
Strom wird nicht verbraucht. Strom fließt.
Aber die Stromstärke hängt nicht von der Anzahl der Widerstände ab, 
sondern von deren (Gesamt-)Widerstand. Wenn ich z.B. 1000 Stück 1 kOhm 
Widerstände an die Batterie anklemme (Stichwort: Parallelschaltung) dann 
kommt es auf das selbe raus, wie wenn ich einen einzigen 1 Ohm 
Widerstand an die Batterie anschliesse.
Wenn du aber 1000 von den 1 Ohm Widerständen in Reihenschaltung an die 
Batterie anschliesst, dann könntest du genausogut einen einzigen 1 kOhm 
Widerstand anschliessen.
Die Wirkung dieser beiden Schaltungsarten:
Im 2. Fall ist der Strom um den Faktor 1000 kleiner...

Autor: Saed Tj (edbvp)
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Vielen Dank für die hilfreichen Antworten.

D.h. ein Widerstand verbraucht Energie im Schaltkreis, also im 
Teilchenmodell betrachtet werden durch die Zusammenstöße (enstehend aus 
der Spannung/Wirkung) im Halbleiter des Widerstandes zwischen den 
Elektronen und Ionen einerseits die Elektronen des Widerstandes durch 
die "fließenden" Elektronen der Batterie beschleunigt, anderseits 
entstehen bei den Zusammenstößen Photonen (elektromagnetische 
Strahlung), welche Wärmeentwicklung verursachen.

Ist das so richtig?


Gemessen habe ich mal Stromstärke I und Spannung U mit einem digitalen 
Multimeter um die genauen Spannungsverhältnisse und Stromstärkewerte zu 
überblicken.

Einfache Schaltung: +, Widerstand, LED, -   mit 9V-Batterie Alkaline

Rote LED mit 470 Ohm:  0,012 A
                       5,18V (Widerstand)
                       2,044V (LED)
                       7,21V (Plus zu Minus)

 "   LED mit 47 KOhm:  0 A   (aber LED leuchtet leicht)

 "    "   "  22 KOhm:  0 A

                       5,575 V (R)
                         * Spannung an R nimmt relativ schnell ab,
                          schon nach 2 Minuten nur noch 5,506 V
                         * wieder 2 Minuten später 5,525V
                         * nach 5 Minuten 5,549V
                       1,178 V (LED)
                         * Spannung bleibt gleich

                       7,785 V (Plus zu Minus)
                         * nach 2 Minuten 7,30V
                         * wieder 2 Minuten später 7,32V
                         * nach 5 Minuten 7,34V

                       Differenz: 1,032 V


    ** Wohin verschwindet die Differenzspannung (~1V)?

    ** Warum nimmt die Spannung am Widerstand nach 2 Minuten ab?
       Liegt das an der Toleranz des Widerstandes, also dass der
       Elektronenfluss im Halbleiter des Widerstandes aufgrund 
zufälliger
       elastischer Zusammenstoße eine leichte Abweichung bewirkt?



 "    "   "  470 Ohm * leuchtet beim Verbinden vom Plus der Masse zur
         (vom Conrad)  Kathode der LED mit einem Multimeter
                       (auf Amperemessung gestellt) in der
                       Farbe "Orange".

     ** Warum passiert das, wenn das Multimeter an eben genannten
        Stellen Parallel geschaltet wird?



Mich hat dann noch interessiert was ich messe wenn ich die Kathode und 
Anode des Multimeters direkt in Reihe mit der 9V Batterie schalte.
Es fing bei 0,9 A an und der Wert fiel immer weiter runter. Ab 0,1 A 
fiel der A-Wert langsamer. Bei 0,055A blieb er stehen. Bei Bewegung der 
Kathode- und Anodenspitze des Multimeters sprangen die A-Werte stark 
hoch und runter.
Die "9-V" Batterie hat eine Spannung von 7,16V

Bei nochmaliger Messung passierte dasselbe nur der End A-Wert war nun 
0,036A.

Das heisst es fließen 0,036 C/S bei 7,16V durch das Multimeter
Was bedeuten diese Werte genau? Hat das Multimeter einen dynamischen 
Widerstand der sich dann irgendwann einpendelt?
Oder bedeutet der Wert die maximalste Stromintensität der Batterie? Also 
0,036 C/S schafft es maximal? Das hieße das Multimeter bildet einen 
geringstmöglichen Widerstand und ermisst die maximale Stromintensität.
Also ist max. Leistung der Batterie P= 0,2568 Watt?



Andere einfache Schaltung: +, Widerstand R, -

Nur Widerstand 470 Ohm: 0,016 A
 "      "       22 KOhm: 0 A
 "      "       47 KOhm: 0 A

** Wird bei 22 und 47 KOhm 0A angezeigt weil das Multimeter die geringe 
Stromintensität nicht anzeigen kann? Die LED leuchtet jedenfalls noch 
wenn ein 22 oder 47 kohm widerstand davor geschaltet ist. Aber ich 
glaube die LED braucht mind. 0,012 A um zu leuchten.

Da steh ich noch irgendwie auf dem Schlauch. :/

Autor: Andreas W. (drahtigelgriller)
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wenn du dein Multimeter paralell zur Batterie anklemmst und Ampere misst 
stellt das einen Kurzschluss über dein Messgerät dar. Dein absinkender 
Amperewert ist nichts anderes als das deine Batterie schlappmacht 
(entladen wird)...

lg Drahtigelgriller

Autor: Saed Tj (edbvp)
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Andreas W. schrieb:
> Dein absinkender
> Amperewert ist nichts anderes als das deine Batterie schlappmacht
> (entladen wird)...

Entlädt sich eine Batterie unterschiedlich schnell? Wenn ja von was 
hängt das ab. Eigentlich müsste sich die Batterie sich doch immer 
gleichmäßig entladen, weil die Spannung der Batterie gleich bleibt.
Das heißt egal ob eine große Last bzw. ein großer Verbraucher daran 
angeschlossen ist oder nur ein Kupferdraht was + und - von der Batterie 
verbindet.

Stimmt dass?



Andreas W. schrieb:
> wenn du dein Multimeter paralell zur Batterie anklemmst und Ampere misst
> stellt das einen Kurzschluss über dein Messgerät dar.


Ich glaube dass habe ich jetzt kapiert. Durch den Kurzschluss erhält die 
Diode weniger als 2V und leuchtet deshalb gelb/orange. Wie die 
Stromstärke sich dabei verhält weiß ich nicht. Müsste gleich bleiben 
oder?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Saed Tj schrieb:

> D.h. ein Widerstand verbraucht Energie im Schaltkreis, also im
> Teilchenmodell betrachtet werden durch die Zusammenstöße (enstehend aus
> der Spannung/Wirkung) im Halbleiter des Widerstandes

welcher Halbleiter?
Ein Widerstand ist kein Halbleiter

> zwischen den
> Elektronen und Ionen einerseits die Elektronen des Widerstandes durch
> die "fließenden" Elektronen der Batterie beschleunigt, anderseits
> entstehen bei den Zusammenstößen Photonen (elektromagnetische
> Strahlung), welche Wärmeentwicklung verursachen.

Es ist wohl eher so, dass die Elektronen des Stroms den du durch das 
Material duchjagst, auf die Ionen des Materials treffen und diese in 
Schwingungen versetzen. Die Elektronen verlieren Energie, die Ionen 
machen Schwingungen.
Wärme ist nichts anderes als eine Schwingbewegung von Atomen/Ionen um 
ihre Ruhelage. Daher gibt es auch einen absoluten Nullpunkt in der 
Temperatur: Nämlich dann, wenn jegliche Bewegung der Atome zum 
Stillstand kommt.

Da sind erst mal keine Photonen im Spiel.
Allerdings strahlt eine beschleunigte Ladung elektromagnetische 
Strahlung ab. Und eine Schwingung ist nun mal das: An jedem Wendepunkt 
der Schwingung muss die Ladung abgebremst und in die Gegenrichtung 
beschleunigt werden.

Autor: Udo R. S. (Gast)
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Also eigentlich erhöht sich lediglich die Entropie!

Autor: Jörg B. (manos)
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Saed Tj schrieb:
>                        5,575 V (R)
>                        1,178 V (LED)
>                        7,785 V (Plus zu Minus)
>                        Differenz: 1,032 V
>     ** Wohin verschwindet die Differenzspannung (~1V)?

Sind bei den 7,785 V der Widerstand und LED noch angeschlossen? Wenn 
nicht: Unterschied zwischen Leerlaufspannung und Last.

Sofern die Messungen stimmen klingen für mich 6,7 V im Betrieb nicht 
gerade nach einer frischen Batterie.

> Mich hat dann noch interessiert was ich messe wenn ich die Kathode und
> Anode des Multimeters direkt in Reihe mit der 9V Batterie schalte.
> Es fing bei 0,9 A an und der Wert fiel immer weiter runter. Ab 0,1 A
> fiel der A-Wert langsamer. Bei 0,055A blieb er stehen. Bei Bewegung der
> Kathode- und Anodenspitze des Multimeters sprangen die A-Werte stark
> hoch und runter.
Was Du misst ist der Kurzschlussstrom (normalerweise keine gute Idee das 
länger mit Batterien zu machen). Mit solchen Aktionen entlädt man zum 
Einen die Batterie sehr schnell und zum Anderen hätte es das Messgerät 
zerstören können, wenn die Batterie Mehr Leistung gehabt hätte.

> Die "9-V" Batterie hat eine Spannung von 7,16V
Dann ist sie wohl bald leer.

> ** Wird bei 22 und 47 KOhm 0A angezeigt weil das Multimeter die geringe
> Stromintensität nicht anzeigen kann? Die LED leuchtet jedenfalls noch
> wenn ein 22 oder 47 kohm widerstand davor geschaltet ist. Aber ich
> glaube die LED braucht mind. 0,012 A um zu leuchten.
Ein erkennbares Leuchten kann evtl. auch noch bei Werten unter 1 mA 
vorkommen. Und das ist dann unterhalb Deiner Messgrenze.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Saed Tj schrieb:
> Andreas W. schrieb:
>> Dein absinkender
>> Amperewert ist nichts anderes als das deine Batterie schlappmacht
>> (entladen wird)...
>
> Entlädt sich eine Batterie unterschiedlich schnell? Wenn ja von was
> hängt das ab. Eigentlich müsste sich die Batterie sich doch immer
> gleichmäßig entladen, weil die Spannung der Batterie gleich bleibt.
>
> Stimmt dass?

Nein.


> Entlädt sich eine Batterie unterschiedlich schnell?
Ja. Hängt zb von der Strommenge ab, die man entnimmt. Oder auch von der 
exakten Bauweise der Batterie.

> Eigentlich müsste sich die Batterie sich doch immer
> gleichmäßig entladen, weil die Spannung der Batterie gleich bleibt.
Die Spannung bleibt aber nicht gleich. Die Spannung sinkt im Laufe der 
Zeit. Das nutzt man zb aus um Ladeanzeigen zu machen, die angeben wie 
'voll' die Batterie noch ist.

> Das heißt egal ob eine große Last bzw. ein großer Verbraucher daran
> angeschlossen ist oder nur ein Kupferdraht was + und - von der Batterie
> verbindet.

Verbindest du + und + der Batterie mit einem Draht, dann hast du den 
größtmöglichen Verbraucher: einen Kurzschluss
Theoretisch wird dann der Strom unendlich hoch. Das geht natürlich in 
der Praxis nicht, irgendwann kann die Batterie den Strom einfach nicht 
mehr liefern. Die Spannung bricht ein, im Extremfall bricht die Spannung 
auf 0 ein. Und wo kein Spannungsgefälle, da rinnt auch kein Strom mehr.
 U = R * I   ist überall!
Und auch eine Batterie stellt einen Widerstand dar.

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