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Elektrizitätslehre
Was ist der elektrische Strom?
Das Wort Strom kommt von "strömen, fließen". Der elektrische Strom ist ein Strömen bzw.
Fließen von elektrischen Ladungsträgern.Eine gewisse Analogie besteht zum Fließen des
Wassers.
Was sind elektrische Ladungsträger?
1. Elektronen, wenn der Strom durch einen metallischen Leiter (Draht) fließt.
2. Ionen , wenn der Strom durch leitfähige Flüssigkeiten (Elektrolyte) oder Gase fließt.
Durch was fließt der elektrische Strom ?
Es gibt Stoffe z.B. Metalle durch die der Strom sehr gut fließen kann.Diese nennt man
elektrische Leiter.
Stoffe durch die der Strom sehr schlecht fließen kann, nennt man elektrische Nichtleiter
(auch Isolierstoffe) z.B. Kunststoffe.
Der elektrische Strom ist eine Grundgröße der Physik.
Formelzeichen : I
Maßeinheit :
[I] = 1 A ( Ampere )
Was ist die Ursache für das Fließen eines elektrischen Stromes ?
Ursache für das Fließen des elektrischen Stromes ist die elektrische Spannung.
Eine elektrische Spannung ist ein Ladungsunterschied zwischen zwei Punkten (zwei Polen).
Stellen Sie sich zwei Kupferkugeln vor.Beide sind zunächst elektrisch neutral.dh. Jedes
Kupferatom hat hat die entsprechende Anzahl von Elektronen.Nimmt man jedoch von der
rechten Kugel Elektronen weg z.B. durch Reiben.Dann hat diese einen Elektronenmangel
im Vergleich zur linken Kugel. Das heißt es besteht ein Ladungsunterschied zwischen den
beiden Kugeln oder in anderen Worten : eine elektrische Spannung.
Elektronenüberschuß
+
+++
Elektronenmangel
Die Kugel mit dem Elektronen überschuß nennt man Minuspol.
Die Kugel mit dem Elektronenmangel
nennt man Pluspol.
Auch die elektrische Spannung ist eine physikalische Größe , jedoch keine Grundgröße.
Formelzeichen: U
Maßeinheit: [ U ] = 1 V (1 Volt )
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Unterteilung der Maßeinheit 1 V (Volt)
1
1V( Mikrovolt ) =
V = 10-6 V
1000000
1
1mV ( Millivolt ) =
V = 10-3 V
1000
1 V (Volt)
1KV( Kilovolt ) = 1000 V = 103 V
1MV ( Megavolt ) = 1000000 V = 106 V
Wird nun der Minuspol und der Pluspol mit einem elektrischen Leiter verbunden, dann
kommt es zu einem Ladungsausgleich. Das heißt es fließen Elektronen (elektrische
Ladungsträger) vom Elektronenüberschuß zum Elektronenmangel.Dies ist somit ein
elektrischer Strom.
Elektronenstrom
+
Elektronenüberschuß
Elektronenmangel
Gemäß der obigen Erklärung fließt der Strom von Minus nach Plus.Ursprünglich hat man
aber die Stromrichtung von Plus nach Minus festgelegt, da man den wahren Sachverhalt noch
nicht kannte. Da man eine einmal festgelegte Stromrichtung nicht ändern kann ohne große
Verwirrung zu verursachen, gilt nun :
Die technische Stromrichtung geht von Plus nach Minus.
Die tatsächliche Stromrichtung ( der sogenannte Elektronenstrom ) geht von Minus nach Plus.
Spannungsquellen.
Gemäß der obigen Erklärung fließt der Strom natürlich nur solange bis der
Ladungsunterschied zwischen den beiden Polen ausgeglichen ist. Dann ist die Spannung weg
und damit auch der Strom.Nun gibt es Geräte, die aufgrund unterschiedlicher physikalischer
Phänomene eine Spannung andauernd aufrecht erhalten können. Solche Geräte nennt man
Spannungserzeuger bzw. Generatoren oder Spannungsquellen.
Kann eine Spannung andauernd aufrecht erhalten werden, dann kann auch andauernd ein
Strom fließen zum Nutzen unterschiedlicher technischer Anwendungen.
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Beispiele für Spannungserzeuger:
Galvanisches Element
Spannungserzeugung durch
chemische Reaktionen
Spannungserzeugung direkt
durch Wärme
Spannungserzeugung direkt
durch Licht
Spannungserzeugung durch
magnetische Felder
Thermoelement
Fotoelement
Induktionsgenerator
El. Batterie, Akkus
wichtigstes Temperaturmeßgerät der Zahntechnik
Solarzellen, ökologische
Energiequelle
Wichtigstes Prinzip zur
Erzeugung elektr. Energie
Der elektrische Widerstand.
Der elektrische Widerstand ist ein Bauelement , ein Bauteil das den elektrischen Strom
begrenzt. Er setzt dem Fließen des elektrischen Stromes einen Widerstand entgegen. Er
behindert das Fließen des elektrischen Stromes.Man kann ihn sich wie eine Engstelle in einem
Schlauch vorstellen, die das Fließen des Wassers behindert.
Auch der elektrische Widerstand ist eine physikalische Größe:
Formelzeichen: R
Maßeinheit :
[R]=1
( 1 Ohm )
Ein großer Widerstand z.B. 1 K  = 1000  setzt dem Fließen des Stromes einen großen
Widerstand entgegen, sodaß nur ein kleiner Strom fließen kann. Je größer der Widerstand
umso kleiner ist der Strom unter der Voraussetzung das die Spannung unverändert bleibt.
Widerstände werden je nach Verwendungszweck und Größe in Ohm in unterschiedlichen
technischen Bauformen hergestellt als Wickel - , Kohle- oder Schichtwiderstände.
Bauformen von Widerständen:
Widerstände für elektronische Leiterplatten.
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Für gezeichnete elektrische Schaltkreise wird der Widerstand durch folgendes Symbol
dargestellt:
R
Fließt ein Strom durch einen Widerstand dann wird hierbei grundsätzlich Wärme erzeugt.
Diese Wärme bezeichnet man als Ohmsche Wärme (Wärmewirkung des elektrischen
Stromes)
Diese Wärmewirkung findet als elektrische Heizung vielerlei Anwendung.
Der einfache Stromkreis
Wird eine Spannungsquelle z.B. eine Batterie mit einem Widerstand mittels einem
elektrischen Leiter kreisförmig verbunden, dann erhält man einen einfachen Stromkreis.
Viele elektrische Anwendungen stellen einen einfachen Stromkreis dar.
U
R
Einfacher Stromkreis
Konventionelle Darstellung:
I
R
U
Technische Darstellung eines einfachen Stromkreises z.B. einer Heizung:
Steckdose
Spannungsquelle
Heizung
Widerstand
Kabel
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Gehäuse
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Funktion eines Schalters:
Ein Strom kann nur in einem geschlossenen Stromkreis fließen.Ist der Stromkreis an
irgendeiner Stelle unterbrochen ( z.B. durch einen Schalter) , dann fließt auch kein Strom.
Die moderne Computer- und Kommunikationstechnik beruht darauf, dass moderne Halbleiter
wie Transistoren als Schalter wirken, die sich millionenfach in der Sekunde öffnen und
schließen können.Dies verursacht schnell folgende Stromimpulse, die die Grundlage
moderner Digitaltechnik sind.
R
U
Schalter geöffnet
Folge: kein Strom
Strommessung:
Ein Strommeßgerät muß in Reihe mit Spannungsquelle und Widerstand in den Stromkreis
eingefügt werden, damit es vom Strom durchflossen werden kann.An welcher Stelle im
Stromkreis ist gleichgültig, denn in einem geschlossenen Stromkreis fließt überall der gleiche
Strom.Ein Strommesser hat einen ganz geringen Widerstand, sodaß der zu messende Strom
durch das Meßgerät nicht verfälscht wird.
I
R
U
Strommeßgerät
Spannungsmessung:
Eine Spannung kann nur immer zwischen zwei Punkten, d.h. zwischen zwei Polen bestehen.
Ein Spannungsmesser muß also immer parallel zu den zwei Punkten liegen, an denen die
Spannung gemessen werden soll.(Z.B: parallel zur Spannungsquelle).
Ein Spannungsmesser hat immer einen sehr hohen Widerstand, so daß er praktisch von einem
ganz geringen Strom durchflossen wird und die Messung nicht verfälscht wird.
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Stromkreis mit einem Spannungsmesser:
I
Spannungsmesser
R
U
Stromkreis mit Strom- und Spannungsmesser:
I
U
R
Das Ohmsche Gesetz:
Fragestellung:
Von welchen Faktoren hängt die Größe des Stromes ab in einem einfachen Stromkreis ?
I
R
U
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1.
Der Strom hängt von der Größe der Spannung ab.
Z.B: Wenn Sie nachts mit eingeschaltetem Licht Fahrrad fahren, dann haben Sie sicher schon
festgestellt, dass bei schnellerem Fahren auch das Licht heller wird.
Begründung: Bei schnellerem Fahren erzeugt der Fahrraddynamo eine größere Spannung,
dies hat einen größeren Strom zur Folge und in der Glühbirne äußert sich dies durch eine
größere Lichtausbeute. (Auch die Glühbirne ist ein Widerstand.Das Glühen kommt durch die
Wärmewirkung des elektrischen Stromes.Ein größerer Strom bringt den Widerstand zum
stärkeren Glühen und dadurch zur größeren Lichtausbeute)
Also gilt:
I
~
U
2. Der Strom hängt von der Größe des Widerstandes ab.
Wir haben schon gelernt:
Ein Widerstand behindert das Fließen des elektrischen Stromes d.h. Je größer der
Widerstand umso kleiner ist der Strom oder in anderen Worten ausgedrückt:
Der Strom ist umso größer je kleiner der Widerstand.In physikalischer Form ausgedrückt
heißt dies:
Der Strom ist umgekehrt proportional zur Größe des Widerstands.
Als Formel gilt also:
1
R
I ~
Da in einem einfachen Stromkreis außer Spannung und Widerstand keine weiteren Faktoren
vorkommen, kann man diese beiden Faktoren zu einem Produkt zusammen fassen.
Dieses Produkt nennt man das Ohmsche Gesetz:
I = U·
1
R
oder:
I=
U
R
Ohmsches Gesetz
Durch Umstellen der Formel gilt auch:
R=
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U
I
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und
U = R ·I
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Aus dem Ohmschen Gesetz ergibt sich auch fogender Zusammenhang für die Maßeinheiten
von Widerstand , Spannung und Strom:
Es gilt:
R = U/I
damit gilt auch für die Maßeinheit von R :
[R]= [U]/[I]
also:
1 = 1 V / 1A
Das Ohmsche Gesetz gilt universell für alle Stromarten also für Gleichstrom und
Wechselstrom.
Mit dem Ohmschen Gesetz kann man nun eine Unbekannte der drei Größen U,R, oder I
in einem Stromkreis berechnen.
Rechenbeispiele hierzu:
1. Gegeben ist ein Vorwärmeofen für eine Netzspannung von 220 V und mit einer
Heizwicklung von 16,2 . Wie groß ist der Strom der von dem Ofen aufgenommen wird.
Darf der Ofen an einen Stromkreis angeschlossen werden, der mit einer
Haushaltssicherung von 6A abgesichert ist ?
Lösung:
I=
U 220V
220V
=
=
= 13, 58A
V
R 16, 2
16, 2
A
Ergebnis: Der Ofen nimmt einen Strom von 13,56 A auf. Die Haushaltssicherung von 6A
würde also sofort duchbrennen. Der Ofen muß also an einen Stromkreis angeschlossen
werden, der mit einer größeren Sicherung abgesichert ist ( nächste Größe : 16 A ) und dafür
auch entsprechend vom Leiterquerschnitt ausgelegt ist.
2. In einem Bügeleisen fließt ein Strom von 2 A . Wie groß ist der Widerstand der
Heizwicklung ?
Lösung:
R=
U 220V
V
=
= 110 = 110
I
2A
A
Beachten Sie die Umrechnung der Maßeinheiten !
3. Ein elektrisches Wachsmesser hat eine Heizwicklung von 4  und nimmt einen Strom
von 1,5 A auf. Wie groß ist die Schutzkleinspannung mit der das Wachsmesser betrieben
wird.?
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Lösung:
Wachsmesser dürfen genauso wie Technikmotoren aus Sicherheitsgründen nicht direkt
mit 220 V betrieben werden , sondern benötigen eine Schutzkleinspannung < 24 V.
U = R . I = 4  . 1,5 A = 4 V/A
.
1,5 A = 6 V
Die Schutzkleinspannung des Wachsmessers beträgt 6 V.
Die Reihenschaltung von Widerständen.
Natürlich können in einem Stromkreis nicht nur ein Widerstand sondern auch mehrere
Widerstände vorhanden sein.Werden in einem Stromkreis mehrere Widerstände kettenförmig
hintereinandergeschaltet, dann ist der Gesamtwiderstand des Stromkreises einfach die Summe
der Einzelwiderstände.
Rges. = R1 + R2 + R3 + ...
I
R1
R2
U
I
R3
I
Durch alle Widerstände fließt jedoch ein und derselbe Strom.Dieser kann mit dem
Ohmschen Gesetz berechnet werden.
I=
U
U
=
R ges R1 + R 2 + R 3
An den Widerständen treten jedoch unterschiedliche Teilspannungen auf , hierbei gilt:
Die Gesamtspannung an der Spannungsquelle ist gleich der Summe der Teilspannungen an
den Widerständen.In der Elektrotechnik sagt man auch:
Die Erzeugerspannung ist gleich der Summe der Verbraucherspannungen.
Diese Ausdrucksweise gibt den Ursache - Wirkungszusammenhang wider.
Uges. = U1 + U2 + U3 + ...
Die Teilspannungen können mit dem Ohmschen Gesetz leicht berechnet werden:
U1 = I . R1
U2 = I . R2
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U3 = I . R3
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Die Größen der Teilspannungen verhalten hierbei proportional zu den Widerständen:
U1 : U2 : U3 = R1 : R2 : R3
Anwendung:
Eine Reihenschaltung von zwei Widerständen wird in der Elektronik oft verwendet um eine
beliebige Teilspannung zu erhalten.
Z.B. Gegeben ist eine Netzspannung von 220 V. Erwünscht ist eine Teilspannung von 24 V.
Hierfür soll ein Spannungsteiler konstruiert werden.
4,45 K
U
545
220 V : 24 V = 100 : x

x = 10,9
Rges : R1 = 100 : 10,9
Wählt man für Rges = 5 K dann gilt
R1 = 5 K . 10,9/100 = 545 
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5 K : R1 = 100 : 10,9
 R2 = 5 K - 545  = 4,45 K
Parallelschaltung von Widerständen.
U
U1 = 24 V
Iges
Knoten
I1
I2
R1
R2
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Bei der Parallelschaltung sind die Widerstände so geschaltet, dass sie parallel zur
Spannungsquelle liegen, damit liegt an jedem Widerstand dieselbe Spannung, die Ströme
jedoch sind verschieden. Der Gesamtstrom teilt sich auf in die Widerstandszweige und in
jedem Widerstand fließt ein anderer Strom.Der Punkt in dem sich die Ströme aufteilen, nennt
man einen Knoten. Für einen Knoten gilt:
Die Summe der Ströme in einem Knoten ist Null. (Kirchhoffsche Knotenregel)
Für die obige Schaltung gilt.
Iges = I1 + I2
oder
Iges - I1 - I2 = 0
(Knotenregel)
Mit der Knotenregel kann man nun den Gesamtwiderstand und den Gesamtstrom einer
Parallelschaltung ausrechnen.
Es gilt:
Iges = I1 + I2
U
U U
=
+
R ges R1 R 2
Kürzen mit ergibt:
1
1
1
=
+
R ges R1 R 2
Erweitern auf den gemeinsamen Nenner ergibt:
1
R ·R
= 1 2
R ges R1 + R 2
Der Kehrwert ergibt somit Rges :
R ges =
R1 · R 2
R1 + R 2
Der Gesamtstrom kann aus der Knotenregel berechnet werden:
I1 =
U
R1
I2 =
U
R2
I ges = I1 + I 2
Auf dieselbe Weise können auch Schaltkreise mit mehr als zwei parallelen Widerständen
berechnet werden
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Der elektrische Leitungswiderstand.
Bisher haben wir elektrische Leiter (Drähte ) als widerstandslose Verbindungen zwischen den
einzelnen Komponenten in einem elektrischen Stromkreis betrachtet.Aber jeder Leiter (Draht)
hat selbst einen Widerstandswert, der sich auf den Gesamtstrom im Stromkreis auswirkt.
Dieser Widerstandswert hängt nun von verschiedenen Faktoren ab, so dass man daraus den
Widerstand des Leiters berechnen kann.
l
A
A = Leiterquerschnitt
l = Leiterlänge
1. Es ist leicht einzusehen,dass der Widerstandswert eines Leiters proportional zur Länge
des Leiters ist.Je länger der Leiter umso größer ist sein Widerstand.
Rl ~ l
2. Analog zum Wasserschlauch kann man sagen: Ein dünner Schlauch mit einem kleinen
Querschnitt lässt auch weniger Wasser durch, er setzt dem Fließen des Wassers einen
größeren Widerstand entgegen.Dasselbe gilt für den Strom:
Je kleiner der Querschnitt des Leiters umso größer ist sein Widerstand.
Der Leitungswiderstand ist also umgekehrt proportional zum Querschnitt des Leiters:
Rl ~ 1/ A
3. Der Leitungswiderstand hängt außerdem noch vom Werkstoff ab ,aus dem der Leiter
hergestellt ist. Ein Draht aus Eisen leitet den elektrischen Strom viel schlechter als ein
Kupferdraht. Er hat einen größeren spezifischen Widerstand.
Der spez. Widerstand  ist eine Werkstoffkonstante und kann aus den entsprechenden
Tabellenbüchern entnommen werden. Z.B.:
Cu
 · mm 2
= 0, 0178
m
 · mm 2
 Fe = 0, 12
m
 · mm 2
Al = 0, 028
m
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Läßt man die Temperaturabhängigkeit des Widerstands außer Betracht.
Dann gilt bei 20°C auf Grund der obigen Beziehungen für den Leitungswiderstand:
 ·l
Rl =
A
Mit dieser Formel kann also der Leitungswiderstand eines Drahtes berechnet werden.
Bei größeren Stromkreisen wird der Leitungswiderstand dadurch berücksichtigt, dass er in
einem Ersatzwiderstand zusammengefasst wird und in Reihe mit dem Gesamtwiderstand
liegt.
I
Rl Leitungswiderstand
R
U
Der Leitungswiderstand kann technische Probleme verursachen und die Funktion von
elektrischen Geräten beeinflussen, dies soll die folgende Aufgabe veranschaulichen:
Eine Betonmischmaschine mit einer Stromaufnahme von 10 A ist mit einer 50 m langen
Kabeltrommel (Leiterquerschnitt 0,75 mm² ) an 220 V Netzspannung angeschlossen.
Wie groß ist der Leiterwiderstand? Warum ist die Funktion der Maschine beeinträchtigt?
Zur Beachtung:50 m Kabel sind ein Leiter von 100 m (im Kabel sind zwei Leiter , Hin-und
Rückleiter).
 · mm 2
100m · 0, 0178
m
Rl =
= 2, 37
2
0, 75mm
Der Leiterwiderstand ergibt nun mit dem Strom von 10 A einen Spannungsabfall,der die
Netzspannung reduziert.
Ul = I · Rl = 10A ·2, 37 = 23, 7V
An der Betonmischmaschine sind somit nicht mehr 220 V, sondern
U = 220 V - 23,7 V = 196,3 V.
Diese Unterspannung kann zur Überhitzung des Motors führen, Der Motorschaden führt zum
Kurzschluss.Abhilfe: Kabeltrommel mit nächst größerem Querschnitt wählen.
Kabeltrommel mit 1,5 mm² Querschnitt für den Bausektor.
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Wirkungen des elektrischen Stromes.
I.
Physiologische Wirkung des elektrischen Stromes
In Arbeitskunde haben Sie schon gelernt, dass der elektrische Strom für den Menschen
gefährlich sein kann.Es genügt schon ein so minimaler Strom von > 50 mA um beim
Menschen eine tödliche Wirkung zu verursachen.Dies ist der Fall,wenn der Stromkreis
über das Herz geführt wird, z.B. wenn eine Spannungsquelle von > 50 V
mit beiden Händen berührt wird.
Um eine solche Gefahr zu verhindern, sind alle elektrischen Geräte durch bestimmte
Schutzmaßnahmen nach VDE zur Verhütung von elektrischen Unfällen gesichert.
Dies sind:
1. Nullung (Schutzerdung)
2. Schutzkleinspannung
3. Schutzisolierung
II.
Wärmewirkung des elektrischen Stromes.
Wir haben schon zu Anfang gelernt, immer wenn ein Strom durch einen Leiter oder
Widerstand fließt wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt Diese
Wärme nennt man Ohmsche Wärme oder Elektrowärme.Diese Wärmewirkung kommt in
vielen elektrischen Geräten zur Anwendung.In der Zahntechnik z.B: im Vorwärmeofen,
elektrisches Wachsmesser, Tiegelschleuder mit Widerstandsheizung,
Polymerisationsgeräte, u.s.w.
III.
Magnetische Wirkung des elektrischen Stromes.
Wenn ein Strom durch einen Leiter fließt, dann bildet sich um den Leiter ein magnetisches
Feld.
Magnetische
Feldlinien
I
Wird der Leiter in Form einer Spule aufgewickelt , dann kann dieses Magnetfeld um ein
Vielfaches vergrößert werden.Wird in eine solche Spule noch ein Eisenkern eingebracht, dann
vergrößert sich dieses Magnetfeld noch einmal vieltausendfach.
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Magnetspule:
Mit einer solchen Magnetspule können große magnetische Kräfte ausgeübt werden.
Die Anwendung der magnetischen Wirkung des Stromes hat eine große Bedeutung in der
Technik. Elektr. Motoren, Generatoren, Transformatoren, Relais, Magnetventile u.s.w.,
aber auch die moderne Telekommunikation wie Radio, Fernsehen basiert auf der
magnetischen Wirkung des elektrischen Stromes.
Anwendungen in der Zahntechnik sind: Technikmotoren, Rüttler,
Magnetventile für Gas und Wasser, Relaissteuerungen von Öfen u.s.w.
IV.
Chemische Wirkung des elektrischen Stromes.
Fließt ein Strom durch einen Elektrolyt, dann wird dieser in Ionen dissoziiert, d.h. in
Ionen aufgespalten.Hierbei wandern die positiven Metallionen zur Kathode und die negativen
Säurerestionen zur Anode.Diese elektrochemische Wirkung des Stromes wird in der
Zahntechnik verwendet zum galvanischen Beschichten (Galvanokäppchen) und zum
elektrolytischen Glänzen.
Die elektrische Arbeit, bzw. elektrische Energie (Stromverbrauch)
Wie zuvor schon beschrieben, immer wenn ein Strom durch einen Widerstand fließt, wird
elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt d.h.es wird eine bestimmte Wärmemenge
erzeugt.Wird z.B. mit einem Tauchsieder ein Behälter mit Wasser erhitzt und wird hierbei der
Strom gemessen, dann kann man feststellen,dass die zugeführte Wärmemenge mit dem
Quadrat des Stromes zunimmt.
Q ~ I²
Es ist auch leicht einzusehen, dass diese Wärmemenge mit der Zeit zunimmt.d.h. Je länger der
Tauchsieder im Wasser, umso heißer wird das Wasser.Also gilt:
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Q ~ t
Wird ein anderer Tauchsieder verwendet mit einem größeren Heizwiderstand, bei
unveränderter Stromzufuhr und Heizdauer, dann kann man feststellen, dass die zugeführte
Wärmeenergie mit der Größe des Heizwiderstandes zunimmt.
Q ~ R
Diese drei Faktoren bestimmen also, die durch den Strom erzeugte Wärmemenge. Es gilt also:
Q = R . I² . t
Die erzeugte Wärme ist also gleichwertig mit der durch den Strom erbrachten elektrischen
Arbeit bzw. elektrischer Energie.
W = R . I² . t
Mit dem Ohmschen Gesetz U = R . I gilt auch
W = U . I.t
Bei der mechanischen Arbeit haben wir schon gelernt, dass Energie [ W ] in Ws gemessen
wird. Aus der obigen Formel ergibt sich somit für die Maßeinheit der elektrischen Energie:
[ W ] = 1 V . 1 A .1 s = 1 VAs = 1 Ws
daraus ergibt sich auch 1 W = 1 V . 1 A
In der Elektrotechnik wird meistens die elektrische Energie nicht in Ws angegeben sondern in
kWh.
1 kWh = 3600 000 Ws
Da die elektrische Energie nicht kostenlos ins Haus geliefert wird, bezeichnet man man diese
auch in der technischen Sprache als Stromverbrauch. Beim Badenwerk kostet die
Kilowattstunde im Haushaltstarif ca. 0,29 DM/ kWh . Die verbrauchten Kilowattstunden
können für jeden Haushalt am Elektrozähler abgelesen werden.
Rechenbeispiel hierzu:
Ein Vorwärmeofen: Netzspannung 220V, Stromaufnahme 12A ist 5 Stunden pro Tag bei 20
Tagen im Monat in Betrieb. Wie hoch sind die Betriebskosten pro Monat bei einem
Stromtarif von 0,29 DM/kWh.
W = U ·I · t = 220V ·12A ·5h ·20 = 264000Wh = 264kWh
Betriebskosten = 264 kWh ·0, 29
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DM
= 76, 56DM
kWh
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Die elektrische Leistung.
Unter Leistung versteht man allgemein eine Arbeit, die in einer bestimmten Zeit verrichtet
wird.
Leistung =
Arbeit
Zeit
als physikalische Formel:
W
t
Dieselbe Formel gilt auch für die elektrische Leistung, wenn man für W die elektrische Arbeit
einsetzt:
P=
P=
U ·I · t
t
P = U ·I
Von der Leistung allgemein wissen wir, dass sie in W (Watt ) gemessen wird.
Dies gilt natürlich auch für die elektrische Leistung.
[P] = 1W
Aus der obigen Formel für die elektrische Leistung P = U . I ergibt sich außerdem für
die Maßeinheit:
[ P ] = 1W = 1V . 1A
Alle elektrischen Geräte haben ein Typenschild auf dem als technische Daten die
Netzspannung und die Leistung angegeben sind.Mit diesen Angaben ist es somit möglich
den Stromverbrauch und damit die Betriebskosten des Gerätes zu berechnen.
Denn aus P = W/t ergibt sich für den Stromverbrauch:
W=P.t
Rechenbeispiel hierzu:
In einem Labor sind 8 Glühlampen mit einer Leistung von je 100 W täglich für 8,5 Stunden
in Betrieb.Der Stromtarif ist 0,29DM/kWh. Wie groß sind die täglichen Betriebskosten?
W = P . t = 8 . 100 W . 8,5 h = 6800 Wh = 6,8 kWh
Betriebskosten = 6,8 kWh . 0,29 DM/kWh = 1,97 DM
Die täglichen Betriebskosten sind 1,97 DM.
Andrerseits kann über die Leistung auch der Strom eines Gerätes berechnet werden, dies ist
erforderlich um zu ermitteln ob die Sicherung eines Stromkreises groß genug ist.
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Rechenbeispiel hierzu:
Ein Vorwärmeofen mit einer Typenschildleistung von 3,2 kW und 220V Netzspannung
soll an einen Stromkreis angeschlossen werden, der mit einer 6 A Haushaltssicherung
abgesichert ist.Ist dies zulässig ?
P = U. I
 I = P / U = 3200 W/ 220 V = 14,5 A
Das Gerät kann nicht an diesen Stromkreis angeschlossen werden. Der Strom ist viel zu groß.
Die Sicherung brennt durch.Es muß ein Stromkreis ausgesucht werden ,der mit einer 16 A
Sicherung abgesichert ist.Dieser Stromkreis hat auch dickere Leiterquerschnitte (1,5 mm² )
die für den Betrieb solcher Geräte mit hoher Leistung erforderlich sind.
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