Wie heißt die physikalische Größe mit der eine Stromquelle beschrieben werden kann

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Alle Materialien bestehen aus Atomen, und alle Atome bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Protonen, haben eine positive elektrische Ladung. Neutronen haben keine elektrische Ladung (d.h. sie sind neutral), während Elektronen eine negative elektrische Ladung haben. Atome sind durch starke Anziehungskräfte zwischen dem Atomkern und den Elektronen in ihrer äußeren Hülle miteinander verbunden.

Wenn diese Protonen, Neutronen und Elektronen zusammen im Atom sind, sind sie glücklich und stabil. Aber wenn wir sie voneinander trennen, wollen sie sich reformieren und beginnen, ein Anziehungspotential auszuüben, das als Potentialdifferenz bezeichnet wird.

Wenn wir nun einen geschlossenen Kreislauf schaffen, beginnen sich diese losen Elektronen zu bewegen und driften aufgrund ihrer Anziehungskraft zu den Protonen zurück und erzeugen einen Elektronenstrom. Dieser Elektronenfluss wird als elektrischer Strom bezeichnet. Die Elektronen fließen nicht frei durch den Kreislauf, da das Material, durch das sie sich bewegen, eine Beschränkung des Elektronenflusses darstellt. Diese Einschränkung nennt man Widerstand.

In allen grundlegenden elektrischen oder elektronischen Schaltungen existieren drei getrennte, aber sehr verwandten elektrischen Größen: Spannung, ( v ), Strom, ( i ) und Widerstand, ( Ω ).

Elektrische Spannung

Spannung, ( V ) ist die potentielle Energie einer elektrischen Versorgung, die in Form einer elektrischen Ladung gespeichert ist. Spannung kann man sich als die Kraft vorstellen, die Elektronen durch einen Leiter schiebt und je größer die Spannung, desto größer ist seine Fähigkeit, die Elektronen durch einen gegebenen Stromkreis zu „schieben“. Da Energie die Fähigkeit hat, Arbeit zu tun, kann diese potentielle Energie als die Arbeit beschrieben werden, die in Joule benötigt wird, um Elektronen in Form eines elektrischen Stroms um einen Stromkreis von einem Punkt oder Knoten zu einem anderen zu bewegen.

Der Spannungsunterschied zwischen zwei beliebigen Punkten, Verbindungen oder Verbindungen (Knoten genannt) in einem Stromkreis wird als Potentialunterschied (p.d.), oder allgemein als Spannungsabfall bezeichnet.

Die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten wird in Volt mit dem Schaltzeichen V oder Kleinbuchstaben v gemessen, obwohl Energie, E Kleinbuchstaben e manchmal zur Anzeige einer erzeugten EMK (elektromotorische Kraft) verwendet wird. Je höher die Spannung, desto größer ist der Druck (oder die Schubkraft) und desto größer ist die Arbeitsfähigkeit.

Eine Konstantspannungsquelle wird als Gleichspannung bezeichnet, während man eine Spannung, die sich periodisch mit der Zeit ändert, als Wechselspannung bezeichnet. Die Spannung wird in Volt gemessen, wobei ein Volt definiert ist als der elektrische Druck, der erforderlich ist, um einen elektrischen Strom von einem Ampere durch einen Widerstand von einem Ohm zu zwingen. Die Spannungen werden in der Regel in Volt angegeben, zur Bezeichnung von Teilspannungen werden Mikrovolt (μV = 10-6V), Millivolt (mV = 10-3V) oder Kilovolt (kV = 103V) verwendet. Die Spannung kann entweder positiv oder negativ sein.

Batterien oder Netzteile werden meist zur Erzeugung einer konstanten Gleichspannungsquelle wie 5V, 12V, 24V usw. in elektronischen Schaltungen und Systemen verwendet. Während Wechselstrom-Spannungsquellen für die Haus- und Industriebeleuchtung sowie für die Stromübertragung zur Verfügung stehen. Die Netzspannungsversorgung in Großbritannien beträgt derzeit 230 Volt Wechselstrom und 110 Volt Wechselstrom in den USA.

Allgemeine elektronische Schaltungen arbeiten mit Niederspannungs-Gleichstrombatterien zwischen 1,5V und 24V dc. Das Schaltsymbol für eine Konstantspannungsquelle wird normalerweise als Batteriesymbol mit einem positiven, + und negativen, – Vorzeichen angegeben, das die Richtung der Polarität angibt. Das Schaltzeichen für eine Wechselspannungsquelle ist ein Kreis mit einer Sinuswelle im Inneren.

Spannungssymbole

Es kann eine einfacher Vergleich zwischen einem Wassertank und einer Spannungsversorgung hergestellt werden. Je höher der Wassertank über dem Auslass, desto größer der Druck des Wassers, da mehr Energie freigesetzt wird, je höher die Spannung, desto größer die potentielle Energie, da mehr Elektronen freigesetzt werden.

Spannung wird immer als Differenz zwischen zwei beliebigen Punkten in einem Stromkreis gemessen und die Spannung zwischen diesen beiden Punkten wird allgemein als „Spannungsabfall“ bezeichnet. Beachten Sie, dass Spannung in einem Stromkreis ohne Strom vorhanden sein kann, aber Strom nicht ohne Spannung und als solche jede Spannungsquelle, ob DC oder AC einen offenen oder halboffenen Stromkreis mag, aber jeden Kurzschlusszustand hasst, da dieser sie zerstören kann.

Elektrischer Strom

Elektrischer Strom, (I) ist die Bewegung oder der Fluss der elektrischen Ladung und wird in Ampere, (Symbol i, für Intensität) gemessen. Es ist der kontinuierliche und gleichmäßige Fluss (Drift genannt) von Elektronen (die negativen Teilchen eines Atoms) in einen Stromkreis, die von der Spannungsquelle „geschoben“ werden. In Wirklichkeit fließen Elektronen vom Minuspol (–ve) zum Pluspol (+ve) der Versorgung und zum besseren Verständnis des Stromkreises geht man davon aus, dass der Strom vom Pluspol zum Minuspol fließt.

In Schaltplänen hat der Stromfluss durch den Stromkreis normalerweise einen Pfeil, der mit dem Symbol I oder Kleinbuchstaben i verbunden ist, um die tatsächliche Richtung des Stromflusses anzuzeigen. Dieser Pfeil zeigt jedoch in der Regel die Richtung des konventionellen Stromflusses und nicht unbedingt die Richtung des tatsächlichen Stromflusses an.

Konventioneller Stromfluss

Konventionell ist dies der Fluss der positiven Ladung in einem Stromkreis, positiv nach negativ. Das Diagramm links zeigt die Bewegung der positiven Ladung (Löcher) in einem geschlossenen Stromkreis, der vom Pluspol der Batterie durch den Stromkreis fließt und zum Minuspol der Batterie zurückkehrt. Dieser Stromfluss von positiv nach negativ wird allgemein als konventioneller Stromfluss bezeichnet.

Dies war die Konvention, die bei der Entdeckung der Elektrizität gewählt wurde, bei der die Richtung des elektrischen Stroms in einem Kreislauf gedacht wurde. Um diesen Gedankengang fortzusetzen, weisen in allen Schaltplänen und Schaltplänen die Pfeile auf den Symbolen für Bauteile wie Dioden und Transistoren in Richtung des konventionellen Stromflusses.

Dann gibt der konventionelle Stromfluss den Fluss des elektrischen Stroms von positiv nach negativ an, der in Richtung des tatsächlichen Elektronenflusses entgegengesetzt ist.

Elektronenfluss

Der tatsächliche Stromfluss in einem Stromkreis besteht aus Elektronen, die vom negativen Pol der Batterie (der Kathode) zurück zum positiven Pol (der Anode) der Batterie fließen.

Dies liegt daran, dass die Ladung auf einem Elektron per Definition negativ ist und somit vom positiven Pol angezogen wird. Dieser Elektronenfluss wird Elektronenstromfluss genannt. Daher fließen Elektronen tatsächlich in einem Stromkreis vom Minus- zum Pluspol.

Sowohl der konventionelle Stromfluss als auch der Elektronenfluss werden von vielen Lehrbüchern verwendet. Dabei spielt es keine Rolle, in welche Richtung der Strom im Stromkreis fließt, solange die Richtung konsequent genutzt wird. Die Richtung des Stromflusses hat keinen Einfluss darauf, was der Strom innerhalb des Stromkreises bewirkt. Generell ist es viel einfacher, den konventionellen Stromfluss zu verstehen – positiv nach negativ.

In elektronischen Schaltungen ist eine Stromquelle ein Schaltelement, das eine bestimmte Strommenge liefert, z.B. 1A, 5A, 10A usw., wobei das Schaltsymbol für eine Konstantstromquelle als Kreis mit einem Pfeil im Inneren angegeben ist.

Der Strom wird in Ampere gemessen und ein Ampere ist definiert als die Anzahl der Elektronen oder die Ladung (Q in Coulomb), die einen bestimmten Punkt in der Schaltung in einer Sekunde passiert (t in Sekunden).

Elektrischer Strom wird in der Regel in Ampere mit Präfixen für Mikroampere (μA = 10-6A) oder Milliampere (mA = 10-3A) angegeben. Beachten Sie, dass elektrischer Strom je nach Durchflussrichtung entweder positiv oder negativ sein kann.

Strom, der nur einer einzigen Richtung fließt, wird Gleichstrom oder (DC, Direct Current) genannt, und Strom, der wechselt, wird als Wechselstrom oder (AC, Alternating Current) bezeichnet. Ob Wechsel- oder Gleichstrom, er fließt nur dann durch einen Stromkreis, wenn eine Spannungsquelle angeschlossen ist, deren „Fluss“ sowohl auf den Widerstand des Stromkreises als auch auf die Spannungsquelle beschränkt ist, die ihn treibt.

Da Wechselströme (und Spannungen) periodisch sind und mit der Zeit variieren, ergibt der als Irms angegebene „effektive“ oder „RMS“ (Root Mean Squared) Wert die der durchschnittlichen Verlustleistung Iaverage in einem Gleichstrom entspricht. Stromquellen sind das Gegenteil von Spannungsquellen, denn sie mögen Kurzschluss- oder Ruhestrombedingungen, hassen aber offene Stromkreise, da kein Strom fließt.

Verwenden wir das Bild des Wasserbehälters, so ist der Strom das Äquivalent des Wasserflusses durch das Rohr, wobei der Fluss im gesamten Rohr gleich ist. Je schneller der Wasserfluss, desto größer der Strom. Beachten Sie, dass Strom ohne Spannung nicht existieren kann, d.h. jede Stromquelle, ob DC oder AC einen Kurzschluss- oder Halbkurzschlusszustand mag, aber jeden Leerlaufzustand hasst, da dieser verhindert, dass Strom fließt.

Widerstand, (R) ist die Fähigkeit eines Materials, dem Stromfluss oder, genauer gesagt, dem Stromfluss innerhalb eines Stromkreises zu widerstehen oder ihn zu verhindern. Das Schaltelement, das dies perfekt macht, heißt „Widerstand“.

Ein Widerstand ist ein in Ohm, griechisches Symbol (Ω, Omega) gemessenes Schaltelement mit Präfixen wie Kilo-Ohm (kΩ = 103Ω) und Mega-Ohm (MΩ = 106Ω). Beachten Sie, dass der Widerstand nicht negativ, sondern nur positiv sein kann.

Widerstandssymbole

Der Widerstandswert eines Widerstandes wird durch das Verhältnis von Strom und Spannung bestimmt, das bestimmt, ob das Schaltelement ein „guter Leiter“ – niedriger Widerstand oder ein „schlechter Leiter“ – hoher Widerstand ist. Niedriger Widerstand, zum Beispiel 1Ω oder weniger bedeutet, dass die Schaltung ein guter Leiter aus Materialien wie Kupfer, Aluminium oder Kohlenstoff ist, während ein hoher Widerstand, 1MΩ oder mehr bedeutet, dass die Schaltung ein schlechter Leiter aus isolierenden Materialien wie Glas, Porzellan oder Kunststoff ist.

Ein „Halbleiter“ hingegen, wie Silizium oder Germanium, ist ein Material, dessen Widerstand auf halbem Weg zwischen einem guten Leiter und einem guten Isolator liegt. Daher der Name „Halbleiter“. Halbleiter werden zur Herstellung von Dioden und Transistoren etc. verwendet.

Der Widerstand kann linear oder nichtlinear sein, aber niemals negativ. Der lineare Widerstand folgt dem Ohm’schen Gesetz, da die Spannung am Widerstand linear proportional zum Strom ist. Nichtlinearer Widerstand, der nicht dem Ohm’schen Gesetz gehorcht, sondern einen Spannungsabfall aufweist, der proportional zu einer bestimmten Stromstärke ist.

Der Widerstand ist rein und wird nicht durch die Frequenz beeinflusst, wobei die AC-Impedanz eines Widerstandes gleich seinem DC-Widerstand ist und daher nicht negativ sein kann. Denken Sie daran, dass Widerstand immer positiv und nie negativ ist.

Ein Widerstand gilt als passives Schaltelement und kann als solches weder Strom liefern noch Energie speichern. Stattdessen nahmen Widerstände Leistung auf, die als Wärme und Licht erscheint. Die Leistung in einem Widerstand ist immer positiv, unabhängig von der Polarität der Spannung und der Stromrichtung.

Für sehr niedrige Widerstandswerte, z.B. Milli-Ohm, (mΩ) ist es manchmal viel einfacher, den Kehrwert des Widerstandes (1/R) zu verwenden. Der Kehrwert des Widerstandes wird als Leitwert, Symbol (G) bezeichnet und stellt die Fähigkeit eines Leiters oder Gerätes dar, Elektrizität zu leiten.

Mit anderen Worten, die Leichtigkeit, mit der der Strom fließt. Hohe Leitwerte implizieren einen guten Leiter wie Kupfer, während niedrige Leitwerte einen schlechten Leiter wie Holz implizieren. Die Standardmaßeinheit für den Leitwert ist Siemens (S).

Die Einheit für den Leitwert ist mho (Ohm rückwärts geschrieben), was durch ein umgekehrtes Ohm-Zeichen ℧ symbolisiert wird. Die Leistung kann auch mit dem Leitwert ausgedrückt werden: p = i2/G = v2G.

Die Beziehung zwischen Spannung, (v) und Strom, (i) in einer Schaltung mit konstantem Widerstand, (R) würde eine geradlinige i-v-Beziehung mit einer Steigung ergeben, die dem gezeigten Wert des Widerstands entspricht.

Zusammenfassung: Spannung, Strom und Widerstand

Sie sollten inzwischen eine Vorstellung davon haben, wie eng elektrische Spannung, Strom und Widerstand zusammenhängen. Die Beziehung zwischen Spannung, Strom und Widerstand bildet die Grundlage des Ohm’schen Gesetzes. In einer linearen Schaltung mit festem Widerstand steigt der Strom, wenn wir die Spannung erhöhen, und ebenso sinkt der Strom, wenn wir die Spannung verringern. Das heißt, wenn die Spannung hoch ist, ist der Strom hoch und wenn die Spannung niedrig ist, ist der Strom niedrig.

Ebenso sinkt der Strom für eine gegebene Spannung, wenn wir den Widerstand erhöhen und wenn wir den Widerstand verringern, steigt der Strom. Das heißt, wenn der Widerstand hoch ist, ist der Strom niedrig und wenn der Widerstand niedrig ist, ist der Strom hoch.

Dann können wir sehen, dass der Stromfluss um einen Stromkreis direkt proportional (∝) zur Spannung ist, (V↑ verursacht I↑) aber umgekehrt proportional (1/∝) zum Widerstand (R↑ verursacht I↓).

Eine grundlegende Zusammenfassung der drei Einheiten ist unten aufgeführt.

• Spannung oder Potentialdifferenz ist das Maß für die potentielle Energie zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis und wird allgemein als „Spannungsabfall“ bezeichnet.
• Wenn eine Spannungsquelle an einen geschlossenen Kreislauf angeschlossen wird, erzeugt die Spannung einen Strom, der im Kreislauf fließt.
• Bei Gleichspannungsquellen werden die Symbole +ve (positiv) und −ve (negativ) zur Kennzeichnung der Polarität der Spannungsversorgung verwendet.
• Spannung wird in Volt gemessen und hat das Symbol V für Spannung oder E für elektrische Energie.
• Der Stromfluss ist eine Kombination aus Elektronenfluss und Lochfluss durch einen Kreislauf.
• Strom ist der kontinuierliche und gleichmäßige Ladungsfluss im Stromkreis und wird in Ampere gemessen und hat das Symbol I.
• Strom ist direkt proportional zur Spannung (I ∝ V)
• Der Effektivwert (rms) eines Wechselstroms hat die gleiche mittlere Verlustleistung wie ein Gleichstrom, der durch ein Widerstandselement fließt.
• Widerstand ist der Widerstand gegen den Strom, der im Stromkreis fließt.
• Niedrige Widerstandswerte implizieren einen Leiter und hohe Widerstandswerte einen Isolator.
• Strom ist umgekehrt proportional zum Widerstand (I 1/∝ R)
• Der Widerstand wird in Ohm gemessen und hat das griechische Symbol Ω oder den Buchstaben R.

Im nächsten Tutorial über DC-Schaltungen werden wir uns mit dem Ohm’schen Gesetz beschäftigen, einer mathematischen Gleichung, die den Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und Widerstand in elektrischen Schaltungen erklärt und die Grundlage der Elektronik und Elektrotechnik bildet. Das Ohm’sche Gesetz ist definiert als: V = I*R.

Welche Größe charakterisiert eine Stromquelle?

Was versteht man unter einer Stromquelle?

Was ist eine Stromquelle Beispiel?

Wie funktioniert eine Stromquelle?