Hallo,
ich frage mich gerade wie ein Widerstand funktioniert. Wenn ich eine 5V
Spannungsquelle habe und eine 20mA Led, dann wäre der Vorwiderstand bei
einer LED-Durchlassspannung von 1,5V 680Ohm.
Was passiert nun mit dem Spannungsabfall von 5-1,5V. Wird die in Wärme
umgesetzt? Laut Energieerhaltungssatz müsste das ja so sein?
Hintergrund ist ich möchte die LED im Pulsbetrieb einsetzen bei 400mA.
Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?
Hans schrieb:> Was passiert nun mit dem Spannungsabfall von 5-1,5V. Wird die in Wärme> umgesetzt?
Genau das.
Hans schrieb:> möchte die LED im Pulsbetrieb einsetzen bei 400mA
Moderne LED könnten das übel nehmen.
Hans schrieb:> Wird die in Wärme umgesetzt?
Korrekt
> Laut Energieerhaltungssatz müsste das ja so sein?
Ebenfalls korrekt
> Hintergrund ist ich möchte die LED im Pulsbetrieb einsetzen bei 400mA.> Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?
Das kommt auf die Art der Konstantstromquelle an, die 0815
Transistorschaltung verheizt ebenso wie der Widerstand. Ein getakteter
Stromregler (Ähnlich einem Schaltnetzteil) erzielt einen besseren
Wirkungsgrad.
Hans schrieb:> Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?
An beiden gibt es einen Spannungsabfall der in Wärme umgesetzt wird.
Eine KSQ ist nur besser, wenn Du einen großen Eingangsspannungsbereich
oder unterschiedliche LEDs hast. Auch kann damit der Strom besser
eingehalten werden.
Noch die Anschlussfrage vergessen: So wie ich das herauslese wäre
eventuell dann ein Stromregler ein Mittel. Nur kann ich diesen Pulsen?
im 40kHz-Bereich?
Hans schrieb:> Nur kann ich diesen Pulsen?
Was willst du denn da drauf pulsen?
Und was soll am "anderen Ende" damit passieren? Gibt es einen Empfänger?
Was fuer ein Bullshit ist denn das ? Es gibt keine 20mA Led. Es gibt nur
solche, welche mit bis 20mA spezifiziert sind. Sie leuchten auch auch
gleich gut mit 3..5mA. Und wenn man keinen Zwang hat etwas beleuchten zu
muessen gehen auch 1mA.
Hans schrieb:> ich frage mich gerade wie ein Widerstand funktioniert.
Nicht wirklich.
> Wenn ich eine 5V> Spannungsquelle habe und eine 20mA Led, dann wäre der Vorwiderstand bei> einer LED-Durchlassspannung von 1,5V 680Ohm.
Nein. Am Widerstand sollen 3.5V abfallen. 3.5V ÷ 20mA sind 175Ω. Mit
680Ω würden nur ca. 5mA fließen.
> Was passiert nun mit dem Spannungsabfall von 5-1,5V. Wird die in Wärme> umgesetzt?
Ein Spannungsabfall erzeugt keine Wärme. Aber Spannung(sabfall) × Strom
ergibt eine Leistung. Und die erzeugt an einem Widerstand in der Tat
Wärme.
> Laut Energieerhaltungssatz müsste das ja so sein?
Der hat damit gar nichts zu tun.
> Hintergrund ist ich möchte die LED im Pulsbetrieb einsetzen bei 400mA.> Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?
Kommt darauf an, was du "KSQ" nennst. Die lineare Variante verwendet
einfach nur einen Transistor oder MOSFET an Stelle des Widerstands. Der
"verheizt" die überschüssige Spannung auch nur.
Der schon angesprochene Stromschaltregler ist da anders. Der regelt im
Prinzip seine Ausgangsspannung so nach, daß gerade der gewünschte Strom
durch die LED fließt. Dabei schafft er einen Wirkungsgrad von 60-80%.
Allerdings ist so ein Schaltregler vergleichsweise viel aufwendiger
als ein Widerstand. Und er erzeugt auch keinen perfekten Gleichstrom,
sondern hat immer ein überlagertes Störsignal (Ripple). Deswegen
verwendet man das auch nur dann, wenn größere Leistungen gefordert sind,
etwa bei LED-Beleuchtung.
Hans schrieb:> So wie ich das herauslese wäre> eventuell dann ein Stromregler ein Mittel. Nur kann ich diesen Pulsen?> im 40kHz-Bereich?
Warum willst du das?
Hans schrieb:> Es soll einfach immer nur sehr kurz eingeschaltet werden, um Strom zu> sparen.
Das ist Unsinn. Mit Pulssteuerung sparst du keinen Strom, wenn es dir um
die Helligkeit der LED geht.
> Auf der anderen Seite kommt dann noch ein Empfänger
Was denn für ein Empfänger auf einmal?
Bei 40kHz und gepulster LED geht es dir wohl um eine Fernbedienung? Da
verwendet man natürlich einen Vorwiderstand. Und in Ausnahmefällen -
etwa wenn man die Reichweite auch bei abnehmender Batteriespannung
konstant halten muß - eine lineare Konstantstromquelle. Aber der
Energiebedarf ist dabei so gar kein Thema.
Es wäre für alle Beteiligten wesentlich besser, wenn du einfach dein
konkretes Problem nennen würdest, statt nach Details zu irgendwelchen
spinnerten Lösungen zu fragen, die dir im Kopf herumspuken.
Axel S. schrieb:> Es wäre für alle Beteiligten wesentlich besser, wenn du einfach dein> konkretes Problem nennen würdest, statt nach Details zu irgendwelchen> spinnerten Lösungen zu fragen, die dir im Kopf herumspuken.
Das kann man nicht oft genug sagen, leider.
Mani W. schrieb:> Joachim B. schrieb:>> der 1/4W ist sparsamer als der 2W wenn man beide an der Leistungsgrenze>> betreibt.>> Ein wahrlich weiser Satz!>
Dem kann ich mich nur anschließen!
Hans schrieb:> Ich hatte 400mA im Kopf, offenbar sind es aber nur 200mA im Maximum.
Vermutlich ist der Widerstand effizienter.
Warum?
Die LED hat einen Innenwiderstand, an dem Energie in Wärme umgesetzt
wird. Bei 200mA setzt du vermutlich einen genauso hohen Prozentsatz von
Strom in Wärme um, wie bei 20mA mit Vorwiderstand.
NIEMAND löst das darum so. Dazu belastet man die Stromversorgung, und
darf eine einbauen, die 10x so groß ist wie nötig.
PWM benutzt man schon, aber nur zum dimmen.
Stattdessen löst man das so:
- Effizientere LED nehmen, die auch mit 2mA hell genug ist
- Geht das nicht, nimmt man einen LED-Schaltregler (wie einen LM3402)
Name: schrieb:> Bei 200mA setzt du vermutlich einen genauso hohen Prozentsatz von Strom> in Wärme um, wie bei 20mA mit Vorwiderstand.> Dazu belastet man die Stromversorgung, und> darf eine einbauen, die 10x so groß ist wie nötig.
Mit einem Elko kann man das in den Griff bekommen. Denn 200mA in 5% der
Zeit ist im Mittel gleich viel wie 20mA in 50% der Zeit.
> NIEMAND löst das darum so.
Man kann mit solchartigm Pulsbtrieb natürlich mehr Licht aus der LED
herausholen. Und wenn der weiterhin geheime "Empfänger" z.B. nur die
zeitlichen Abstände zwischen den Pulsen oder gar nur das Vorhandensein
der Pulse auswertet, dann kann man so eine größere Entfernung
überbrücken.
Und wenn man das dann so richtig schlau auslegt, dann kommt man mit
einem kleinen Pufferelko hin, wenn der über einen hochohmigen
Vorwiderstand geladen und dann über einen niederohmigen Widerstand beim
Puls wieder entladen wird.
Lothar M. schrieb:>> NIEMAND löst das darum so.> Man kann mit solchartigm Pulsbtrieb natürlich mehr Licht aus der LED> herausholen. Und wenn der weiterhin geheime "Empfänger" z.B. nur die> zeitlichen Abstände zwischen den Pulsen oder gar nur das Vorhandensein> der Pulse auswertet, dann kann man so eine größere Entfernung> überbrücken.>> Und wenn man das dann so richtig schlau auslegt, dann kommt man mit> einem kleinen Pufferelko hin, wenn der über einen hochohmigen> Vorwiderstand geladen und dann über einen niederohmigen Widerstand beim> Puls wieder entladen wird.
Was ich meinte, ist LED "überfahren" (über den Nenndauerstrom).
Warum ich davon nichts halte, hat einen technischen Grund, keinen
Ideologischen. Picken wir uns mal eine beliebige LED heraus:
https://www.cree.com/led-components/media/documents/ds-XD16.pdf
Man beachte die Charts auf S13. Man sieht, dass steigender Strom zwei
negative Effekte auf die Effizienz hat.
1. steigt die Flusspannung, d.h. die aufgenommene Energie pro Strom
steigt. Der Lichtstrom hängt aber ausschließlich vom Strom ab.
--> Die Effizienz sinkt mit steigendem Strom
2. sinkt zusätzlich dazu die Stromeffizienz - Die LED liefert weniger
Lichtstrom pro mA.
--> Die Effizienz sinkt noch weiter.
Das ist demnach also kein linearer Zusammenhang. Umso höher der Strom,
umso schlechter ist die Effizienz. Und das geht mehr schneller Linear
nach unten.
Es ist darumn einfach keine gute Idee, die LED mit hohen Pulsströmen zu
betreiben, um die Effizienz *1) zu erhöhen.
Genau das wurde hier aber angenommen. Dem ist aber nicht so. Will man
effizient sein, heißt es, die richtige LED wählen (eine mit gutem
Wirkungsgrad) und einen Schaltregler verwenden.
*1)Ich zweifle nicht an, dass man andere Gründe haben kann, um die LED
mit Pulsstrom zu betreiben. Darum gibt es diese Angaben im Datenblatt.
Hans schrieb:> Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?
Wie wäre es mit einer Spannungsquelle, welche eine kleinere Spannung
liefert?
Harlekin schrieb:> Hans schrieb:>> Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?>> Wie wäre es mit einer Spannungsquelle, welche eine kleinere Spannung> liefert?
Und was tut ein LM3402?
Genau. Das ist ein Schaltregler, der die Spannung auf den korrekten Wert
für die LED regelt. Anhand des Stromes.
Hans schrieb:> Es soll einfach immer nur sehr kurz eingeschaltet werden, um Strom zu> sparen.
Damit sparst du Strom und Licht. Der Wirkungsgrad eine LED sinkt bei
zunehmendem Strom.
Hans schrieb:> Hallo,>> wie schon geschrieben geht es konkret um folgende LED> https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/000171140DS01/datenblatt-171140-vishay-tsal-6200-ir-emitter-940-nm-17-5-mm-radial-bedrahtet.pdf>> Den Empfänger habe ich gerade bei Conrad abgeholt und ist folgender> https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/000171115DS01/datenblatt-171115-vishay-tsop4838-ir-empfaenger-sonderform-axial-bedrahtet-38-khz-950-nm.pdf>> Dort nennt vishay die Diode und den Strom von 200mA. Wobei ich auch> nicht ganz verstehe warum das ein 950nm Empfänger ist aber eine 940nm> Diode
Nochmal:
Stell dir deine LED als Leuchtelement vor, das eine (vom Strom
unabhängige) Vorwärtsspannung hat.
Die Helligkeit entspricht dem Strom. Warum steigt nun die
Vorwärtsspannung mit steigendem Strom? Weil die LED einen
Innenwiderstand hat!
Verbraten musst du die Differenz aus dieser konstanten Spannung und der
Versorgungsspannung. Erhöhst du den Strom, verbrätst du die zusätzliche
Energie in der LED statt im Vorwiderstand. Schon theoretisch ist nichts
gewonnen.
Schlimmer noch: Die LED liefert weniger Licht pro mA, umso höher der
Strom ist. Der Betrieb mit hohen Pulsströmen ist ineffizienter als
jener mit 20mA und Vorwiderstand. Zwar nicht viel, aber doch ablesbar
aus Fig.5.
Einen anderen Aspekt sollte man auch beachten: Wenn du die
Verlustleistung vom Vorwiderstand auf die LED verlagerst, wird diese
noch ineffizienter, wie du aus Fig7 entnehmen kannst. Dieser Effekt ist
sehr ausgeprägt bei deiner LED.
Vergiss die Idee.
Vorschlag:
Wenn du Energie bei einer Lichtschranke sparen willst, dann betreibe sie
im Pulsbetrieb. Also ein 5ms-Puls mit 20mA alle 100ms. Schon hast du die
Leistung um 95% reduziert. 10 Hz reichen für viele Anwendungen aus.
Danke für den Vorschlag
>5ms-Puls
ich müsste sie bei dem Empfänger mit 38kHz pulsen.
Also schreibt der Hersteller vermutlich 200mA in sein Datenblatt um die
größtmögliche Reichweiter herauszuholen, will man aber auf möglichst
lange Batterielebenszeit optimieren sollte man die Diode mit 20mA
betreiben?
Fig.5 kann ich noch nachvollziehen und würde da folgende Werte ablesen
15mW 20mA
150mW 200mA
aber das wäre ja dann kein Unterschied.
Fig.7 ist mir leider zu hoch und verstehe ich nicht wie man da die
Effektivität abliest
Hans schrieb:>> wie schon geschrieben geht es konkret um folgende LED
(TSAL6200 - schnipp)
> Den Empfänger habe ich gerade bei Conrad abgeholt und ist folgender
(TSOP4838 - schnipp)
> Dort nennt vishay die Diode und den Strom von 200mA.
Genauer gesagt gibt Vishay vor, daß maximal 100mA Dauerstrom und maximal
200mA gepust (bei 50% Tastverhältnis und mindestens 5kHz) fließen
dürfen. Diese Werte zeigen ganz klar, daß das ein thermisches Limit ist.
Die mittlere Leistung an der IR-LED (U_f × I_f) setzt das Limit. Wenn
die Impulse kürzer sind, ist auch mehr Strom erlaubt. Es gibt sogar ein
Diagramm dafür (Figure 3 auf Seite 3).
> Wobei ich auch nicht ganz verstehe warum das ein 950nm Empfänger> ist aber eine 940nm Diode
Du verstehst nicht, warum du die ausgesucht hast? Sowas.
Lies halt mal das Datenblatt, was dieser Wert tatsächlich aussagt.
Kleiner Tip: der Empfänger ist abseits der 950nm nicht "blind".
Was du immer noch nicht gesagt hast ist, was der ganze Zirkus denn mal
werden soll. Aber nachdem das ein Empfänger ist, der spezifisch für
IR-Fernbedienungen entwickelt wurde, wird es wohl so etwas sein. Und
dann wurde ja schon gesagt (mehrfach) daß ein Vorwiderstand für die
IR-LED das Mittel der Wahl ist.
Hans schrieb:> Danke für den Vorschlag>>>5ms-Puls> ich müsste sie bei dem Empfänger mit 38kHz pulsen.> Also schreibt der Hersteller vermutlich 200mA in sein Datenblatt um die> größtmögliche Reichweiter herauszuholen, will man aber auf möglichst> lange Batterielebenszeit optimieren sollte man die Diode mit 20mA> betreiben?
Nein.
Mir ging es nur um das Thema "Effizienz". Ich entnehme dem, du möchtest
IR-Codes wie NEC-Code senden?
Dein Ursprungsbeitrag las sich, als wolltest du eine LED für
Beleuchtungszwecke steuern.
Das ist eine völlig andere Geschichte. Darum ist es wichtig, den Zweck
der Sache zu nennen!
In dem Fall kannst du ruhig mit möglichst viel Strom in die LED
hineingehen, sonst bekommst du reduzierte Reichweite.
Bei einer IR-Fernbedienung ist der LED-Strom relativ egal, denn es wird
nur ein kurzer "Blitz" gesendet, dann ist die LED wieder aus.
Ich empfehle eine Stromquelle mit Transistor, aber auch ein simpler
Vorwiderstand ist hier ausreichend.
Jetzt wäre es mal an der Zeit, den Zweck der Sache zu nennen.
Ich habe schon IR-Sender für NEC-Codes gebaut, und bin mit vollen 200mA
in die LED gefahren. Trotz Batteriebetrieb.
>Kleiner Tip: der Empfänger ist abseits der 950nm nicht "blind".
Ja aber laut Fig10 des Empfängers ist die Empfindlichkeit bei 950 am
größten, vielleicht sogar etwas darüber
Danke nochmal für deine Erläuterung zu Fig3. Das klingt plausibel wie
ich das aber alles vom Datenblatt ablese ist mir nach wie vor ein
Rätsel..damit mucc ich mich mal länger beschäftigen.
>und maximal 200mA gepust (bei 50% Tastverhältnis und mindestens 5kHz)
Bei den Basic characteristics steht dann plötzlich wieder "IF = 1 A, tp
= 100 μs"
>ganze Zirkus denn mal werden soll
Ich will damit eine Lichtschranke bauen, die aus Stromspargründen nicht
mit Dauerstrich arbeitet, also nicht mit dem TSSP4038
Hans schrieb:>>Kleiner Tip: der Empfänger ist abseits der 950nm nicht "blind".>> Ja aber laut Fig10 des Empfängers ist die Empfindlichkeit bei 950 am> größten, vielleicht sogar etwas darüber
Ach was. Wie gesagt: du hast die Bauteile ausgesucht.
>>ganze Zirkus denn mal werden soll> Ich will damit eine Lichtschranke bauen, die aus Stromspargründen nicht> mit Dauerstrich arbeitet, also nicht mit dem TSSP4038
Dauerstrich geht mit dem TSOP4838 gar nicht. Der verträgt noch nicht mal
ein dauerhaftes, mit 38kHz gepulstes Signal. Steht auch im Datenblatt
(Figure 8, ist aber zugegeben etwas kompliziert zu interpretieren).
Und "Stromspargründe" sind Quatsch. Die erste Erfordernis ist die
korrekte Funktion. Du mußt den Strom durch die LED groß genug machen,
daß der Empfänger das Licht noch detektiert. Achte dabei darauf, daß die
Empfindlichkeit des Empfängers u.a. von der Umgebungshelligkeit abhängt.
Auch das steht natürlich im Datenblatt (Figure 6).
Für ernst gemeinte Lichtschranken würde man beide Bauteile nicht
verwenden, insbesondere nicht "nackt". Wenn man da eine Optik zur
Bündelung und zur Abschirmung von Fremdlicht davor baut (geht hier nur
bei der LED), dann kommt man wahlweise weiter oder braucht für die
gleiche Entfernung weniger Strom.
Mein Rat wäre: bring das Ding doch überhaupt erstmal zum laufen, bevor
du dir Gedanken über das Energiesparen machst.
>Mein Rat wäre: bring das Ding doch überhaupt erstmal zum laufen, bevor
du dir Gedanken über das Energiesparen machst.
Das läuft hier schon wunderbar.
>Ach was. Wie gesagt: du hast die Bauteile ausgesucht.
Schade,dass da immer so ein aggresiver Ton mitschingt.
Ich bin jediglich davon ausgegangen, dass wenn der Hersteller diese
Diode nennt sie vermutlich die ideale für den Empfänger ist.
Warum sollte er eine Diode wählen, die nicht oder nur bedingt damit
funktioniert, um seine Diagramme damit zu erstellen?
Vishay hat mir gerade eine Antwort auf die Frage geschrieben, die ich
schon mehrfach versucht habe beantwortet zu bekommen.
Nur falls jemand das gleiche mal sucht hier die Antwort.
Sie empfehlen die TSAL6200 wegen der hohen Leuchtstärke (72mW/sr) in
Kombination mit field of view (+/-17 °)
Braucht man weniger power wird die TSAL6100 (Ie = 170mW/sr, angle of
half intensity = +/-10°), empfohlen.
Der Grund für 950nm Emitter ist, dass diese weniger Leuchtstärke haben.
Ich denke ich werde das ganze nun mit der TSAL6100 testen, die offenbar
ja einiges effizienter ist.
Habe ich das richtig verstanden, dass ich die Diode nun mit zB 200mA
pulsen kann und der Stromverbrauch der gleiche wäre, wenn ich sie mit
20mA ansteuere, da der größere Vorwiderstand dann eben mehr verheizen
würde?
>> Was passiert nun mit dem Spannungsabfall von 5-1,5V. Wird die in Wärme>> umgesetzt?>Genau das.
Ich will nochmal zur Ausgangsfrage zurückkehren.
Nehmen wir an
LED-Durchlassspannung 2,1
VCC 5V
Betriebsstrom: 18mA = Led hell
-> 161 Ohm
Betriebsstrom: 9mA = Led schwach
-> 322 Ohm.
Wenn der Widerstand erhöht wird, warum wird er nicht wärmer? Müsste dann
nicht dort mehr Energie in Wärme umgewandelt werden, damit an der LED
weniger ankommt? Tatsächlich fließt weniger Strom, aber warum ist das
physikalisch so? Irgendwohin muss die Energie doch laut
Energieerhaltungssatz.
Ich weiß, dass das nach den Formeln anders ist, aber ich verstehe es
logisch einfach nicht.
Hallo
das "macht" das Ohmsche Gesetz ;-) Spannung = Widerstand * Strom
Betrachte die Spannung als eine Differenz - meist und genauer als
Potentialdifferenz benannt.
Ein gern genommener Vergleich ist der mit den Wasserdruck bzw.
Höhenunterschied.
Der Wasserdruck bzw. Höhenunterschied ist fest, sozusagen deine 5V
Spannung.
Dieses Wasser wird jetzt durch einen Schlauch gedrückt (Durch den
Wasserdruck).
Je geringer der Durchmesser ist (somit bei gegebenen Druck auch der
Wasserstrom - aber im Elektrischen Umfeld der Elektronenstrom => Daher
"Strom") umso weniger Wasser fließt pro Zeiteinheit durch den Schlauch -
1 Bar ("Spannung") Wasserdruck durch ein 10mm (Hoher Widerstand)Schlauch
zu drücken benötigt recht wenig Energie.
Sollen aber 1 Bar (Spannung) Wasserdruck durch ein 50mm ("geringer
Widerstand") Schlauch gedrückt werden ist wesentlich mehr Energie
notwendig.
So jetzt ist durch deinen hohen Widerstand von etwa 320 Ohm der
"Schlauch" recht dünn - der Druck (Spannung) bleibt aber gleich - es
kann nur eine Geringe Menge an Wasser pro Zeiteinheit durch den Schlauch
gedrückt werden => geringe Energie (eigentlich streng genommen Arbeit).
Ist der Schlauchdurchmesser größer (kleiner Widerstand)kann, nein muss
sogar, mehr Wasser beim gleichen Druck (Die Spannung bzw.
Potentialdifferenz) durch den Schlauch pro Zeiteinheit gedrückt werden,
die notwendige Energie ist aber natürlich größer, es geht gar nicht
anders.
Und genau wie es keine Unendlich großen Schläuche gibt gibt es auch
keine Leitung ohne Widerstand bzw. eine Spannungsquelle die unendlich
hohe Ströme liefert, auch die Spannung kann nicht unendlich hoch werden
(Wobei das mit den Leitungswiderstand nicht 100% stimmt => Supraleitung,
aber...).
Also macht es keinen Sinn bzw. ist es in der Realität nicht möglich in
die Formel (egal nach wo hin umgestellt) den Widerstand auf Null zu
setzen.
Nebenbei würde es dann bei der eng verwandten Leistungsformel "möglich"
sein unendliche Leistungen zu erhalten... und das geht halt nicht in
unseren Universum und mit unserer Physik - eine andere bekommen wir aber
auch nicht.
Jemand
Hans schrieb:>>> Was passiert nun mit dem Spannungsabfall von 5-1,5V. Wird die in Wärme>>> umgesetzt?>>>Genau das.>> Ich will nochmal zur Ausgangsfrage zurückkehren.> Nehmen wir an>> LED-Durchlassspannung 2,1> VCC 5V>> Betriebsstrom: 18mA = Led hell> -> 161 Ohm>> Betriebsstrom: 9mA = Led schwach> -> 322 Ohm.>> Wenn der Widerstand erhöht wird, warum wird er nicht wärmer? Müsste dann> nicht dort mehr Energie in Wärme umgewandelt werden, damit an der LED> weniger ankommt? Tatsächlich fließt weniger Strom, aber warum ist das> physikalisch so? Irgendwohin muss die Energie doch laut> Energieerhaltungssatz.>> Ich weiß, dass das nach den Formeln anders ist, aber ich verstehe es> logisch einfach nicht.
Naja. Die Energie "muss" nicht irgendwo hin.
Eine Energiequelle im allgemeinen Sinn gibt nicht in jedem Fall
sämtliche Energie "auf einmal" ab, wenn sie einmal "aktiviert" ist. Ich
spreche hier von Aktivierung, weil ich anders, eine momentane
"Energiefreigabe" nicht vorstellen kann.
Es gibt tatsächlich solche Prozesse, die, einmal angestossen,
vollständig ablaufen, also sämtliche vorhandene Energie freisetzen. Ein
Beispiel wäre etwa das entzünden einer Tasse Spiritus.
Das Beispiel habe ich absichtlich gewählt, um einen anderen Aspekt
sichtbar zu machen. Energie "muss" nicht schlagartig und vollständig
freigesetzt werden. Das kann auch langsam gehen.
Ein anderes Beispiel wäre die Zündung eines Benzin-Luft-Gemisches (ein
Aerosol), wie es etwa im Auto geschieht. Dort findet die
Energiefreisetzung schlagartig und vollständig statt und man kann sie
nicht anhalten oder verzögern.
Das ist wiederum ein Sonderfall von zahlreichen bekannten
Energieumwandlungsprozessen. Denn es gibt sehr wohl Umwandlungsprozesse,
die jederzeit angehalten oder in ihrer Intensität direkt oder indirekt
kontrolliert werden können.
Es gibt Prozesse, bei denen der Fortgang der Umwandlung davon abhängt,
ob die "erzeugte" Energie auch "entnommen" wird - aus dem System
entfernt wird. Das ist eine Art Kontrolle und ich nenne sie hier mal
"direkt".
Und damit kommen wir zur Elektrotechnik, genauer dem "chemischen
Element" oder der Batterie, wie man es umgangssprachlich nennt.
Vielleicht liest Du zur Auffrischung mal den Artikel über eine der
handelsüblichen Batterien und versuchst, so ungefähr jedenfalls, den
chemischen Vorgang zu verstehen, weil ich mich im Folgenden darauf
beziehen werde.
https://de.wikipedia.org/wiki/Alkali-Mangan-Batterie#Elektrochemie
Wie Du nun (wieder) gewärtig bist, beruht die Energieumwandlung bei der
Batterie darauf, dass an den zwei Polen jeweils ein "Mangel" an
Elektronen und ein "Überschuss" an Elektronen vorliegt. Der Mangel
entsteht dadurch, dass die chemische Substanz am Pluspol durch
Elektronenaufnahme in einen energieärmeren Zustand gelangt. Der
Überschuss dadurch, dass die Substanz am Minuspol durch die Abgabe von
Elektronen in einen energieärmeren Zustand gelangt. Beide Male wird der
energieärmere Zustand angestrebt. Das ist ein ganz allgemeines Prinzip
in der Welt.
Wir haben also einen Überschuss an Elektronen und einen Mangel. Unter
welchen Umständen kann sich dieser Mangel ausgleichen? Nun, wenn die
beiden Pole elektrisch leitend verbunden sind, so dass Elektronen durch
diese Verbindung von einem Pol zum anderen fliessen können. Klar, oder?
Wenn die Verbindung nicht besteht, wird auch keine Energie umgewandelt,
da keine Elektronen fliessen können. Der Prozess ist angehalten und
schreitet nicht von alleine fort.
Was aber bedeutet nun Widerstand in dem Zusammenhang? Nun, der
Widerstand ist verantwortlich für die Anzahl der Elektronen, die
fliessen können. Je kleiner der Widerstand, um so mehr Elektronen
fliessen und umgekehrt.
Das bedeutet nun aber, dass die Energie in der Batterie nicht auf einmal
frei wird, sondern eben nur immer soviel, wie der Widerstand es seiner
Grösse nach erlaubt. Richtig?
Das wiederum bedeutet, dass es keine "überschüssige" Energie gibt, die
irgendwie vernichtet werden müsste; die irgendwohin müsste. Sie wird ja
gar nicht erzeugt.
Ich hoffe, das hilft etwas weiter.
Bei anderen Energiewandlern, wie Generatoren usw. ist der Mechanismus
der Energieumwandlung zwar anders, aber das Ergebnis ist das selbe. Es
kommt darauf an, was Du an Energie entnimmst, nicht darauf, was die
Quelle an Energie erzeugen könnte.
Viel Erfolg.
Vielleicht noch drei Sätze in Zusammenhang mit der Energieerhaltung und
dem Beispiel Batterie.
Im geladenen Zustand enthält die Batterie Energie, die dann nach und
nach entnommen wird. Die Energie, die noch nicht entnommen wurde, bleibt
in der Batterie. Der Energieerhaltungsatz wird also eingehalten.
Hans schrieb:> Ich weiß, dass das nach den Formeln anders ist, aber ich verstehe es> logisch einfach nicht.
ja wer logische Fehler macht, deine LED Spannung gilt genau nur für
EINEN LED-Strom an EINER ganz bestimmten LED.
Du musst auch für deinen Strom die richtige LED Spannung messen, nur
dann weisst du wieviel Spannung am R verbleibt, das sind keine
konstanten 2,1V an der LED.
aber selbst in deiner fehlerhaften Rechnung ist der Strom halbiert und
der geht nun mal mit I² ein und kleinerer I² ist greift mehr als *2 R
Hans schrieb:> Wenn der Widerstand erhöht wird, warum wird er nicht wärmer?
nachgerechnet (ohne Berücksichtigung der Spannung an der LED) doppelter
Widerstand an halben Strom gibt halbe Leistung.
Ist Mathe, 2 R * (I/2)² = P /2
Man könnte auch sagen doppelter R mit halben Strom gibt
U (am Widerstand ist konstant) * halber Strom (durch den Widerstand) =
halbe Leistung.
U (am Widerstand) = I (durch den Widerstand) * R
P (am Widerstand) = U (am Widerstand) * I (durch den Widerstand)
P = 2 / 4 (weil 1/2 * 1/2 = 1/4 ist)
1/2 = 2/4 komisch aber passt.
Hans schrieb:>> Ich will nochmal zur Ausgangsfrage zurückkehren.> Nehmen wir an>> LED-Durchlassspannung 2,1> VCC 5V>> Betriebsstrom: 18mA = Led hell> -> 161 Ohm>> Betriebsstrom: 9mA = Led schwach> -> 322 Ohm.>> Wenn der Widerstand erhöht wird, warum wird er nicht wärmer?
Warum sollte er?
> Müsste dann nicht dort mehr Energie in Wärme umgewandelt werden,> damit an der LED weniger ankommt?
Mit dem größeren Widerstand wird der Spannungsquelle auch weniger
Energie entnommen. Der Widerstand muß nicht mehr Energie verheizen.
Tatsächlich verheizt er in beiden Fällen nahezu den gleichen Anteil
der Energie, die aus der 5V Schiene entnommen wird. Nämlich 58%.
("nahezu", weil die Flußspannung der LED auch nur nahezu konstant ist.
Tatsächlich ist sie bei 9mA ein bißchen kleiner als bei 18mA)
> Tatsächlich fließt weniger Strom, aber warum ist das physikalisch so?
Das heißt Ohmsches Gesetz. Das ist absolutes Grundlagenwissen. Es ist
erschreckend, wie pampig du weiter oben aufgetreten bist angesichts
deines erbarmungswürdigen Wissensstandes.
Jemand und Theor ich danke euch für die großartige Erklärung und die
Mühe die ihr euch damit gegeben habt.
Auch dir Joachim, wobei das reine Umstellen der Formeln mich da nicht so
weiter gebracht hat weil ich nicht verstand warum die Formeln so sind
wie sie sind. Ich wollte es mehr verstehen als nur zu sagen das ist so
weil es halt so ist. Auch der erste Ansatz von Axel war ein guter
Hinweis
Hans schrieb:> Nur falls jemand das gleiche mal sucht hier die Antwort.> Sie empfehlen die TSAL6200 wegen der hohen Leuchtstärke (72mW/sr) in> Kombination mit field of view (+/-17 °)>> Braucht man weniger power wird die TSAL6100 (Ie = 170mW/sr, angle of> half intensity = +/-10°), empfohlen.
Die 2. LED ist nicht effizienter, sondern hat nur eine andere Linse, die
das Licht mehr Bündelt. Für eine Lichtschranke macht es Sinn eine
relativ stark gebündelte Lichtquelle zu nutzen. Dann kommt man auch mit
weniger Strom für die LED aus.
Für die Modulation mit den 38 kHz ist es übrigens günstig das
Tastverhältnis kleiner als 50% zu wählen, also eher 25 % oder so. Für
den Empfänger wesentlich ist die Fourierkomponente bei 38 kHz. Für feste
Intensität hat man zwar bei 50% Tastverhältnis das meist Signal, der
Zugewinn nahe 50% ist aber nur noch minimal. Mit 25% Tastverhältnis hat
man bereits etwa 70% des Signals beim halben Energieverbrauch.
Wenn man wirklich Strom sparen muss könnte man 2 LEDs in Reihe nutzen,
dan geht weniger Spannung ungenutzt am Vorwiderstand verloren.
Hans schrieb:> Jemand und Theor ich danke euch für die großartige Erklärung und die> Mühe die ihr euch damit gegeben habt.> [...]
Gerne geschehen. Schön, dass Du Dich bedankst.
Hans schrieb:> Auch dir Joachim, wobei das reine Umstellen der Formeln mich da nicht so> weiter gebracht hat weil ich nicht verstand warum die Formeln so sind> wie sie sind. Ich wollte es mehr verstehen
was ist denn Leistung am R?
P = U * I
Was ist Strom durch R
I = U / R
wenn du den R verdoppelst muss sich der Strom halbieren bei gleicher
Spannung, soweit klar?
Wenn sich aber der Strom halbiert dann gibt das doch I/2 * R die
Spannung am R und die bleibt gleich wegen I/2 mal 2R
Und wenn U gleich bleibt mit I/2 muss P = U * I auch halbiert sein.
Hans schrieb:> aber ich verstehe es logisch einfach nicht.
schade
Hallo
Axel S. schrieb:> Das ist absolutes Grundlagenwissen. Es ist> erschreckend, wie pampig du weiter oben aufgetreten bist angesichts> deines erbarmungswürdigen Wissensstandes.
So einige haben ja versucht ihn das zu erklären, neben Theor habe ich
sogar ein Lob bekommen - Danke !
Sorry Axel S. aber dein "Argument" bzw. eher die Meinung ist ist eine
Frechheit.
Niemand, aber auch wirklich niemand hat das Recht einen anderen bzw.
dessen Fähigkeiten (außer vielleicht gegen Radikale und Rassisten)
erbarmungswürdig zu nennen.
Weder ich, noch Theor und auch so einige andere mehr werden keine
besondere Fähigkeiten haben - und trotzdem haben wir es geschafft in
etwa zu erfassen was das Verständnissproblem von Hans als TO war.
Einfach eine Formel am Kopf zu schmeißen, die er wahrscheinlich sogar
kennt ist nur billig.
Er will (so sieht es zumindest aus) verstehen was hinter der Formel
steht - möchte richtig verstehen ("Bauchgefühl", Erfassen...) was Strom
und Spannung ist, was überhaupt ein Widerstand (dessen physikalische
Ursache und Auswirkungen auf die tatsächlichen "Stromträger" -
Elementarteilchen - Elektronen) ist.
Diese Formeldenken (und teilweise eng verbunden damit Prüfungen
bestehen), alles -ausschließlich- (das ist der Knackpunkt) mittels
Mathematik abzuhandeln ist sehr engstirnig und hat so gar nichts mit
echten Interesse und Begeisterung gemein - schlimm genug das in in der
Berufsbildung (Studium) zu einen großen Teil abläuft - was dabei (nicht
fachlich, aber...) oft herauskommt dürfte bekannt sein.
Aber wenn das dann auch im Hobbyumfeld so gehandhabt wird... gute Nacht.
Auch, nein sogar besonders, E-Techhnik sollte Faszinieren, Begeistern,
staunen machen, durchaus auch etwas Ehrfurcht hervorrufen.
Im besten Sinne sollte es eine "Liebe" zur Sache sein.
Jemand
Ganz klar: Jein!
Prinzipiell ist ein Widerstand ein Energievernichter wie er im Buche
steht: P = U * I, wobei I von R (I = U/R) abhängt. Wird also R kleiner,
so steigt I und das Produkt U * I wird größer.
Aber (an den Haaren herbeigezogen):
Hat man einen gegebenen Verbraucher von z.B. 100 Ohm und betreibt diesen
mit 20V, so muss man sich auf 4 Watt gefasst machen. Schaltet man hierzu
einen Widerstand in Reihe - z.B. von 20 Ohm - so sinkt die Last auf 3,33
Watt, weil jetzt eine Last von 120 Ohm da herumlungert.
Das ist aber alles eine Sache der Interpretation.
Danke Jemand für deine Worte. So ist es. Die Formeln kenne ich und habe
sogar eine technische Ausbildung abgeschlossen. In der frühen Schulzeit
hatte ich oft Probleme, weil ich nicht einfach stumpf die Formeln nehmen
wollte, sondern verstehen wollte warum und was da passiert.
Ich hatte da einfach einen logischen Knoten warum ein Widerstand mehr
verheizt und im Endeffekt sogar sparsamer ist. Die Vorstellung hat
einfach nicht zu den Formeln gepasst..obwohl man die schon lange kennt
kam ich ins Straucheln
"weil jetzt eine Last von 120 Ohm da herumlungert"
Ja und das hat micht plötzlich so verunsichert, dass ich dachte, da muss
doch dann Energie verbraten werden, weil ich irgendwie die Vorstellung
hatte, dass die Stromquelle immer den gleichen Strom liefert, quasi in
die Schaltung drückt.
Sebastian S. schrieb:> Prinzipiell ist ein Widerstand ein Energievernichter wie er im Buche> steht:
Energie kann nicht verlorengehen!
Sie wird nur umgewandelt.
Erst die Begriffe klaeren:
energieparend
Energie ist bekannt.
Hier was der andere Teil bedeutet:
https://en.m.wiktionary.org/wiki/parend
Damit das Niveau nicht zu sehr faellt, unterlasse ich was das
tatsaechlich auf Deutsch lautet.
@ Hans
Ich sehe das Problem des "Verstehens" von physikalischen Zusammenhängen
wie Du und habe das fast genauso erlebt wie Du, Hans und kann Dich nur
darin bestärken, weiter solche Art Fragen zu stellen. Scheue Dich nur
nicht, auch dumme Fragen zu stellen.
Im übrigen stimme ich der Darstellung von Jemand zu.
Meiner Meinung nach werden mathematische Gleichungen, wie hier (wenn
auch in vielen Fällen vermutlich in gutem Glauben) geschehen, aufgrund
einer falschen Auffassung von ihrer Bedeutung, als "Erklärungen"
angeführt.
Tatsächlich kennt die Mathematik keine Mittel um Begriffe zu definieren
oder andere Beziehungen also letztlich Arithmetische zwischen Größen zu
beschreiben. Aber Gleichungen stellen keine ursächlichen Zusammenhänge
her und sie stellen keine qualitative Zusammenhänge zwischen
Eigenschaften her. Das aber ist, was eine "Erklärung" ausmacht.
(Die entsprechenden interessanten Wissensgebiete über das Forschen
heissen Wissenschaftstheorie und Erkenntnistheorie).
Falls Du wieder mal vor so einem Problem stehst und partout keine
befriedigende Antwort erhältst, rate ich Dir, Dich mit den Anfängen,
also mit der Entdeckungsgeschichte des jeweiligen Sachverhalts zu
beschäftigen. Wenn auch häufig auf hohem Niveau, standen nämlich die
Entdecker eines Phänomens und diejenigen, die erst eine Gleichung
entwickeln wollten, vor dem gleichen Problem wie Du. Es ist sehr
lehrreich nachzuvollziehen, welche Modelle sie sich ausdachten und wie
sie von den Modellen zu mathematischen Gleichungen kamen.
Folge einfach Deinem Weg. Meiner Meinung nach ist das am besten,
erfordert aber auch viel Offenheit, Selbstbeobachtung und Selbstkritik.
Viel Erfolg dabei.
P.S. Ich halte es für sinnvoll (und für die eigenen Gemütsruhe nützlich)
manche Beiträge hier einfach zu ignorieren. Das mache ich auch.
>Ja und das hat micht plötzlich so verunsichert, dass ich dachte, da muss>doch dann Energie verbraten werden, weil ich irgendwie die Vorstellung>hatte, dass die Stromquelle immer den gleichen Strom liefert, quasi in>die Schaltung drückt.
Vorsicht bissiger Wauwau!
Eine Spannungsquelle liefert eine (soweit wie möglich) konstante
Spannung, eine Stromquelle liefert einen (auch soweit wie möglich)
konstanten Strom.
Das sind aber zwei paar verschiedene Schuhe.
Natürlich hat auch michael_ recht - sogar senkrecht.
Energie verschwindet nicht einfach, sondern wird immer zu 100%
Umgewandelt - in was auch immer. Im obigen Beispiel in Wärme.
In dem von mir angeführten Beispiel ist die Energieverteilung recht
eigenartig.
Ausgangsschaltung:
20V 100Ohm 0,2A --> 4W (am Verbraucher)
20V 100Ohm 0,2A --> 4W (Gesamt)
Schaltung mit "Vorwiderstand":
20V 120Ohm 0,16A --> 3,3W (Gesamt)
100Ohm 0,16A 16,6V --> 2,7W (am Verbraucher)
20Ohm 0,16A 3,3V --> 0,6W (am Vorwiderstand)
Hans schrieb:> "weil jetzt eine Last von 120 Ohm da herumlungert">> Ja und das hat micht plötzlich so verunsichert, dass ich dachte, da muss> doch dann Energie verbraten werden, weil ich irgendwie die Vorstellung> hatte, dass die Stromquelle immer den gleichen Strom liefert, quasi in> die Schaltung drückt.
Ups. Vorsicht! :-)
Das Wort "Stromquelle" hat eine festgelegte Bedeutung!
Eine Stromquelle liefert einen konstanten Strom. Sie "drückt", unter
bestimmten Bedingungen, tatsächlich immer den gleichen Strom durch einen
Widerstand.
Das wird erreicht, in dem die Spannung über den Widerstand variiert
wird.
Die Spannung ist allerdings immer begrenzt. Sie kann nicht beliebig hoch
werden. D.h. wenn man einen bestimmten konstanten Strom haben will darf
der Widerstand sich zwar verändern, aber er darf nur so groß werden,
dass die zur Verfügung stehende Spannung auch noch den gewünschten Strom
verursacht.
Das Gegenstück zur "Stromquelle" ist die "Spannungsquelle".
Sie liefert eine konstante Spannung. Der begrenzende Faktor ist hier der
mögliche Strom. D.h. wenn man eine bestimmte konstante Spannung haben
will, darf der Widerstand sich zwar verändern, aber darf nur so klein
werden, dass der zur Verfügung stehende Strom noch ausreicht.
Kleiner Hinweis für weiteres Nachdenken.: Beachte die Asymmetrie der
Ausdrucksweise. :-)
Während ich schrieb, hat Sebastian das Problem schön bildhaft
beschrieben: Der Wau-Wau ist ein Dobermann! :-)
Hans schrieb:> Ich hatte da einfach einen logischen Knoten warum ein Widerstand mehr> verheizt und im Endeffekt sogar sparsamer ist.
Ja, weil diese Vorstellung schlicht falsch ist.
Der Zweck des Vorwiderstands einer LED ist nicht "Energie verheizen".
Sondern der Vorwiderstand soll die Differenz zwischen
Versorgungsspannung und Flußspannung der LED aufnehmen. Aus der Größe
dieser Spannungsdifferenz und der Größe des Widerstands ergibt sich
dann, wieviel Strom überhaupt fließen kann. Und aus der Spannung am
Widerstand und diesem Strom ergibt sich die im Widerstand umgesetzte
Leistung. Es sind also insgesamt drei Größen, die die Leistung am
Widerstand bestimmen. Nicht nur eine.
Wenn wir jetzt in der Schule wären, dann würden wir die Formel für die
Leistung aufstellen. Die würde uns eine Funktion P=f(U_b, U_f, R)
liefern. Dann könnten wir z.B. U_b=5V, U_f=2.1V setzen und die
verbleibende Funktion mit nur noch einem Parameter in ein Diagramm
zeichnen. Das nennt der Mathelehrer eine "Kurvendiskussion". Schüler
finden das regelmäßig langweilig und verstehen den Sinn nicht. Trotzdem
würde nur ein Blick auf die Kurve zeigen, daß sie links (wo der
Widerstand R auf 0 geht) ins Unendliche abhaut und nach rechts (mit
wachsendem Widerstand) fällt. Und damit wäre auch intuitiv sofort
klar: "größerer Widerstand -> kleinere Leistung"
Nur muß man diesen Weg halt wenigstens einmal gegangen sein. Oder eine
der Abkürzungen. Z.B. diese:
Man nimmt die Definition der elektrischen Leistung P = U·I. Und dazu
noch das ohmsche Gesetz: U = I·R. Das setzt man passend ineinander ein
und bekommt: P = I²·R = U²÷R
Damit hat man zwei Wege, wie man die Leistung am Widerstand berechnen
kann. Wenn man den Strom kennt, nimmt man den ersten. Wenn man die
Spannung kennt, den zweiten.
Und jetzt der Trick: Betriebsspannung (5V) und Flußspannung der LED
(2.1V) sind konstant. OK, bei der Flußspannung ist das gemogelt, die ist
nur annähernd konstant. Folge: die Spannung über dem Vorwiderstand muß
auch konstant sein. Wir können also die zweite Formel oben nehmen:
P=U²÷R. Leistung ist Konstante geteilt durch Widerstand. Auch hier ist
intuitiv sofort klar, daß größerer Widerstand = kleinere Leistung. Die
erste Formel P=I²·R hilft uns in dieser Situation nicht weiter, denn der
Strom ist ja gerade nicht konstant.
Aber klar, wenn man Angst vor Formeln hat und darauf besteht, das
intuitiv durchschauen zu wollen ohne es sich überhaupt mal angesehen zu
haben, dann kommt man nicht drauf. Vielleicht sollte man sich dann aber
ein anderes Hobby suchen. Irgendwas wo man keine Formeln braucht.
Vielleicht Briefmarken sammeln. Oder Schnecken dressieren.
Axel S. schrieb:> Die> erste Formel P=I²·R hilft uns in dieser Situation nicht weiter, denn der> Strom ist ja gerade nicht konstant.
doch hilft, da I quadratisch eingeht wirkt die Halbierung vom Strom mehr
also 4-fach als die R Verdoppelung -> 2/4 = 1/2 (Leistung)
R + R = 2 (R)
I/2 x I/2 = 1/4 (I)
damit hätten wir wieder 2/4 = 1/2 P
oder anders gesagt R verdoppelt gibt halben Strom und * halben Strom =
halbe Leistung
2R -> I/2 bei gleicher U
und gleiche U bei halben Strom gibt halbe Leistung
Joachim B. schrieb:> Axel S. schrieb:>> Die>> erste Formel P=I²·R hilft uns in dieser Situation nicht weiter, denn der>> Strom ist ja gerade nicht konstant.>> doch hilft, da I quadratisch eingeht wirkt die Halbierung vom Strom> mehr also 4-fach als die R Verdoppelung -> 2/4 = 1/2 (Leistung)
Da das die gleiche Schaltung ist, ist klar daß das gleiche rauskommen
muß. Allerdings muß man dazu erst überlegen, wie sich der Strom
ändert. Bei der Spannung muß man gar nicht weiter nachdenken. Wenn die
Spannung konstant ist, ist es das Quadrat auch. Bleibt als einzige
Veränderliche der Wert des Widerstands. Damit ist es direkt und intuitiv
verstehbar.
