Infos für Anfänger rund um Elektrotechnik

[Flo00o]

Den hier gibts auch noch: http://www.voelkner.de/
Völkner war mal der nahezu einzige Konkurrent zu Conrad (damals als das Internet noch nicht erfunden war  ).
Wenn ich mich dunkel so 20 bis 25 Jahre zurück erinnere, hatte Conrad höhere Preise, höhere Versandkosten und
einen höheren Mindestbestellwert.
Wie ich mal gehört hatte, ist Völkner jetzt aber nicht mehr eigenständig, sondern gehört nun zu Conrad.

Ich weise an der Stelle mal darauf hin, dass es im Bereich Elektronik eine Liste mit Online-Shops gibt, in denen man elektronische Bauteile kaufen kann. Ich dachte mir es ist sicher für einige interessant, was es neben Conrad und Reichelt noch so alles gibt.

[Kenaio]

Guten Abend,
ich hoffe, es ist in Ordnung, wenn ich meine Frage hier poste. (so wie es im 1. Post steht) Es handelt sich um eine Verständnisfrage zur Beziehung zwischen Leistung, Stromstärke und Spannung.

Zur Verdeutlichung benutze ich einfach mal ein Beispiel. Angenommen, ich möchte einen Heizlüfter mit P=2000W einmal in Deutschland und einmal in Amerika betreiben. Da in beiden Ländern unterschiedliche Netzspannungen vorliegen, kommen für die Spannung und Stromstärke (P=U*I) folgende Werte raus:
Deutschland: 8,7A bei 230V
Amerika: 16,7A bei 120V

Die Stromstärke wird dadurch definiert, wie groß der Betrag der elektrischen Ladungsverschiebung pro Zeiteinheit durch den Leiter ist. (I=Q/T) Betrachten wir die elektrische Ladung, die in einer Sekunde "fließt", kommen folgende Werte heraus:
8,7A*1s=8,7As=8,7C => umgerechnet in Elektronen: 5,4*10^19
16,7A*1s=16,7As=16,7C => umgerechnet in Elektronen:1.0*10^20

Das heißt, es fließen generell doppelt so viele Ladungsträger durch die Leitung in Amerika wie durch die Leitung in Deutschland. Wie passt das zusammen? Wieso müssen für die gleiche Leistung, 2000W, doppelt so viele Elektronen fließen? Wo kommt hier nun die Spannung ins Spiel? Wieso sind die Elektronen bei 230V effektiver, während ich bei 115V mehr Elektronen hinterherschicken muss?
Der einzige Unterschied zwischen beiden Heizlüftern dürfte der Widerstand sein, der beim amerikanischem Heizlüfter niedriger sein müsste.

Ich würde mich freuen, wenn jemand mich aufklären könnte. 

Lg,
Kenaio

[Heretic]

Der einzige Unterschied zwischen beiden Heizlüftern dürfte der Widerstand sein, der beim amerikanischem Heizlüfter niedriger sein müsste.

Korrigiert mich (sehr gerne! ;o) wenn ich falsch liege, aber so wie ich das sehe liegt genau hier der Fehler im Denkansatz. P=U*I ist zwar das, was Dich grad interessiert, aber U=R*I mußt Du eher anwenden, weil es hier die Konstante gibt: den Widerstand des Gerätes. Die (Verbrauchs-)Leistung eines Gerätes wird deswegen auch für verschiedene Spannungen (und manchmal auch verschiedene Frequenzen; 50/60Hz) angegeben. In Wahrheit steigt nicht der Strom, sondern es sinkt die Leistung - weil die Spannung nämlich auch sinkt.
Beispiel: Nimmst Du einen 1kOhm-Widerstand und schließt ihn an deutsche 220V an, landest Du dank URI (Geller? ) bei 0,22A. Über P(f)UI landest Du damit bei 48,4W. Der selbe Widerstand bei den Ammis verbraucht bei 115V nur 0,115A; entsprechend 13,225W. Sinkt die Spannung, sinkt auch der Strom. 

Bin ich mit meinem Gedankengang auf der richtigen Spur?

[RalleBert]

Wieso müssen für die gleiche Leistung, 2000W, doppelt so viele Elektronen fließen? Wo kommt hier nun die Spannung ins Spiel?

Stell Dir die Spannung als Gummiband vor, ziehst Du das 115mm auseinander und läßt dir das gegen die Nase flitschen, tut das ganz schön weh. Mach das ganze mit 230mm, dann tut das doppelt so weh (ich seh schon, wie meine Antwort letztenendes wahrscheinlich). Also hat die Spannung (der Potentialunterschied) irgendwie was damit zu tun. Dann kommt der Strom, er ist definiert mit 1A=1W pro V. Und da sind die Volts nun wieder. Weniger V bei gleichem W erzwingt mehr A. Und somit auch mehr Ladungsträger, die die gleiche Arbeit (W) mit weniger "Schwung (V)" verrichten müssen (ein Maurer barucht 3 Tage um eine Wand zu mauern, 3 Maurer nur einen Tag)
Eine 10KV Leitung für ein ganzes Wohnviertel kann mit einer 63A Absicherung auskommen, diese könnte 630000 W liefern, oder 315 Heizlüfter. Das stimmt natürlich nicht ganz, aber Du weißt was ich meine, oder? Aus diesem Grund muß auch in Amerika die Leitung für die geiche Leistung doppelt so dick sein. Sonst reiben sich die armen Elektronen mangels Platz zu stark aneinander und die Leitung wird heiß...
Alternativ verwendest Du das amerikanische Stromnetz zweiphasig, dann hast Du auch wieder ca. 230V

[Takeshi]

Die Stromstärke wird dadurch definiert, wie groß der Betrag der elektrischen Ladungsverschiebung pro Zeiteinheit durch den Leiter ist. (I=Q/T)

Nur eine Kleinigkeit, aber "T" (und "ϑ") ist die Temperatur, "t" die Zeit.

Ich nehme als Vergleich zum Potentialunterschied gern den Höhenunterschied. Der Strom ist die Masse (Gewicht). Das ist dann analog zur kinetischen Energie. Bewegst du einen Gegenstand nach unten, dann wird dabei Energie frei. Klassisches Beispiel ist das Wasserrad, auf das das Wasser fällt und das Rad antreibt. Je größer der Höhenunterschied zwischen dem Wasserrad und der Stelle ist, an dem das Wasser "herunterfällt" (Spannung), desto mehr Energie kannst du gewinnen. Je mehr Wasser pro Zeit fließt, desto mehr Energie kannst du gewinnen. Beide Faktoren spielen eine Rollen.

Spannung kannst du ein bisschen wie "Druck" sehen, mit dem Elektronen durch den Leiter gedrängt werden. Je höher der Druck, desto mehr Elektronen fließen. Der Widerstand spielt dabei natürlich auch eine Rolle. Hast du ein Hindernis (Widerstand) im Wasserweg, fließt bei gleichem Druck weniger Wasser (Strom).

Du hast bei deiner phsyikalischen Betrachtung zwar bedacht, dass einmal viele und einmal weniger Ladungströger (elektronen) durch den Widerstand wandern und dort Teilchen in Bewegung setzen. Klar, um so mehr Ladungsträger, desto mehr Kollisionen und damit Bewegung, sprich Wärme. Du darfst aber auch nicht den "Wumms" vergessen, mit dem die Elektronen gegen die Atome krachen. Wenn da mehr hintersteckt, scheppert es auch stärker (wärmer).

Der Vergleich von RalleBert ist aber auch ganz gut. Um eine Aufgabe (Leistung) zu erledigen, wird eine bestimmte Zahl an Arbeitsstunden gebraucht. Je länger (Spannung) eine Person arbeitet, desto mehr von der Aufgabe wird erledigt. Je mehr gleichzeitig arbeiten (Strom), desto mehr wird erledigt.

Ich hoffe, das waren genug (Scheinleistung) und auch brauchbare (Wirkleistung) Vergleiche, und nicht nur heiße Luft (Blindleistung)

Korrigiert mich (sehr gerne! ;o) wenn ich falsch liege, aber so wie ich das sehe liegt genau hier der Fehler im Denkansatz.

Mache ich doch gern
An sich ist dein Ansatz sehr gut, in der Praxis aber leider meistens falsch, weil es da komplizierter ist. Ist die Heizung ein simpler ohm'scher Verbraucher, dann stimmt das. Das ist zum Beispiel bei Herdplatten gern der Fall. Bei den meisten Geräten werden aber Schaltnetzteile verwendet, die (mal etwas einfach formuliert) ihren Eingangswiderstand abhängig von der Eingangsspannung verändern, um immer die gleiche Leistung aus dem Netz zu entnehmen und mit fester Spannung an den Verbraucher abzugeben. Denn am Ende muss das, was du da betreiben willst, so funktionieren wie erwartet. Wenn du etwas anspruchsvollere Verbraucher als einen Widerstand hast (zum Beispiel einen PC), dann läuft der nicht mit weniger Leistung. Deshalb steigt bei sinkender Spannung da der Strom. Oft ist es auch so, dass die maximale Leistung bei 110V höher ist als bei 230 V, weil bei kleinerer Spannung die Verluste größer sind.

[Kenaio]

Vielen Dank für eure Erklärungen! Beide Beispiele waren sehr gut verständlich. (Wasserrad und Gummiband) Mein Fehler war, dass ich davon ausging, dass ein Elektron eine feste Menge Energie überträgt. Dass diese sich jedoch mit der Spannung verändert (das gleiche Gummiband im Gesicht kann etwas ziehen, aber auch ordentlich wehtun  ), wusste ich nicht. Danke!

[Takeshi]

Mein Fehler war, dass ich davon ausging, dass ein Elektron eine feste Menge Energie überträgt.

Das ist an sich auch gar nicht so falsch, wenn man das etwas weiter betrachtet. Die Elektronen tragen selbst nicht die Energie, sondern die Bewegung der Elektronen ist ja das Entscheidende. Die Elektronen sind ja immer in gleicher Anzahl vorhanden. Bei festem Strom und festem Widerstand gibt es immer gleich viele Kollisionen und damit Energieumwandlung in Bewegung (Wärme). Du kannst das als festen "Mikro-Block" betrachten. In jedem dieser Blöcke wird immer gleich viel Wärme erzeugt. Die Formeln geben das auch wieder: P = U * I, U = R * I -> P = I² * R
Das ist nur vom Strom und dem Widerstand abhängig.
Legst du Blöcke parallel, dann erhöhst du damit den Gesamtstrom (durch kleineren Gesamtwiderstand). Setzt du welche in Reihe, bleibt der Strom konstant, aber der Widerstand wird größer.
Der Widerstand gibt an, wie viel "Hindernis" den Elektronen in den Weg gesetzt wird. Je größer das Hindernis, durch das die immer gleiche Menge Elektronen strömt, desto mehr "Kraft" (Spannung) brauchst du, um die gleiche Menge an Elektronen durch den Block zu schieben.

[Heretic]

Korrigiert mich (sehr gerne! ;o) wenn ich falsch liege, aber so wie ich das sehe liegt genau hier der Fehler im Denkansatz.

Mache ich doch gern

Verdammt... 
Ja, an die nicht-ohm'schen Kollegen hab ich beim Schreiben auch gedacht, wollts aber erstmal einfach halten.

Notiz an mich selbst: Als Lehrer nicht zu gebrauchen - "war stets bemüht" (hat's aber nie geschafft xD).

[Takeshi]

Das war von mir vielleicht auch etwas unglücklich ausgedrückt. Mit "ohm'schen Verbraucher" meinte ich einen physikalisch vorhandenen festen Widerstand. Eine intelligente Elektronik kann natürlich auch reine Wirkleistung ziehen und damit wie ein ohm'scher Verbraucher wirken, ist das aber nur in einem Arbeitspunkt. In einem anderen verhält er sich wieder wie ein anderer Widerstand. So verhält sich zumindest gute Elektronik. Induktiv oder kapazitiv muss das nicht unbedingt sein und sollte es auch nicht.