Frage:
Der Versuch, die Beziehung zwischen Spannung, Strom und Leistung zu verstehen
echobase
2011-05-24 01:26:15 UTC
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Bitte verzeihen Sie diese Ultra-Noob-Frage, aber ich bin ein bisschen verwirrt. Ich habe darüber gelesen, dass weder Spannung noch Strom allein Strom in einem Gleichstromkreis darstellen. Stattdessen ist Leistung eine Kombination aus Spannung und Strom. Okay ... Aber wenn Strom die Flussrate der Elektronen durch einen Stromkreis ist und wenn es stimmt, dass Spannung Strom verursacht, bedeutet Strom allein dann nicht schon Spannung? Warum bedeutet dies dann nicht, dass Strom allein Leistung anzeigt?

Muchas gracias.

Ich denke, Ihr Denken ist teilweise richtig. Wenn ein Strom fließt, impliziert dies automatisch eine Potentialdifferenz und damit eine Leistung - auch in Fällen, in denen der Strom nicht durch die Potentialdifferenz selbst erzeugt wird, sondern auf andere Weise, beispielsweise thermisch. Strom allein kann jedoch keine Leistung anzeigen, da bei sich bewegenden Ladungen immer ein Potentialunterschied besteht.
Können Sie ein Angebot machen, von wo auch immer Sie dies lesen? Nur damit wir eine Fehlinterpretation ausschließen können. Ich vermute, wer auch immer diese Aussage gemacht hat, hat versucht zu sagen, dass es nicht ausreicht, nur die Spannung oder den Strom allein zu kennen, um die genaue Leistung zu berechnen. Sie haben Recht damit, dass Strom zwar Strom bedeutet, aber * nichts * darüber sagt, ** wie viel ** Leistung.
"Bedeutet Strom allein nicht schon Spannung?" Ja. Aber wieviel? Kommt auf den Widerstand an. Die Macht tut es auch.
@Jon- Das meiste davon habe ich von Kuphaldt 'Lektionen in Stromkreisen, Band I - DC, Ohmsches Gesetz' erhalten, das Sie vielleicht unter gesehen haben.
@Bitrex ist nicht thermisch erzeugter Strom zufällig, so dass der Nettostromfluss Null ist?
@endolith - "Bedeutet Strom allein nicht schon Spannung?" Nein! In einem Supraleiter können Sie Strom ohne Spannungsabfall haben
@stevenvh True. Auch die Spannungsabfälle in einer Drahtschleife in einem sich ändernden Magnetfeld sind seltsam. Hängt davon ab, wie Sie die Sondendrähte ausrichten? Sollte eine Frage dazu sein.
Sechs antworten:
Scott Pedersen
2011-05-24 03:08:16 UTC
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Ich gehe davon aus, dass wir hier in Bezug auf DC sprechen, um die Dinge einfach zu halten.

Die Spannung ist ein Maß dafür, wie stark sich die Energie eines einzelnen Elektrons im Stromkreis ändert. Strom ist, wie viele Elektronen durch einen Stromkreis fließen. Multiplizieren Sie diese beiden Werte, um die Energieübertragungsrate oder Leistung zu erhalten. Wenn Sie nur ein Maß für den Strom haben, wissen Sie, wie viele Elektronen durch den Stromkreis fließen, aber nicht, wie stark sich ihre Energie ändert.

Sie haben Recht, dass Spannung Strom induziert und dass Spannung und Strom sind miteinander verbunden. Das Ohmsche Gesetz ist der einfachste Fall dafür. Sie können die Leistung eines Schaltkreises aus dem Strom und seinem Widerstand unter Verwendung bekannter Formeln ableiten. Und noch einfacher: Wenn Sie wissen, dass Strom fließt, wissen Sie, dass die Schaltung Strom verbraucht, auch wenn Sie nicht wissen, wie viel (wie die anderen Kommentatoren gesagt haben)

Du hast den Nagel auf den Kopf getroffen..
Wir erhöhen die Spannung auf Kosten des Stroms während der Energieübertragung, um den I ^ 2xR-Verlust zu verringern. Warum berechnet die V ^ 2 / R-Gleichung dort keine anwendbare Leistung?
Es tut. Das V in dieser Gleichung ist jedoch das V zwischen den beiden Enden der Leitung (oder die Differenz von V zu Masse an den beiden Enden der Leitung), nicht die Übertragungsspannung selbst. Wenn Sie die Übertragungsspannung verdoppeln (Halbierung des Stroms und Division des Leistungsverlusts durch 4), würden Sie auch erwarten, dass sich der Spannungsabfall entlang der Leitung halbiert, und v ^ 2 / R würde das gleiche Ergebnis wie I ^ erzeugen 2 * R.
Ersetzen Sie "Elektron" durch "elektrische Ladung". Es ist $ VI = \ frac {J} {C} \ frac {C} {s} = \ frac {J} {s} = W $, wobei J Joule Energie und C Coulomb Ladung sind. Wenn Sie eine hohe Wechselspannung mit Ihrem Körper kurzschließen, fließt ein großer Strom durch Sie, aber es ist ein Fluss von Ionen, nicht von Elektronen.
fearless_fool
2011-05-25 00:54:30 UTC
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@echobase: Obwohl es sich um eine unvollständige Analogie handelt, ist es manchmal hilfreich, die Spannung mit dem "Wasserdruck", den Strom als "Durchflussrate" und die Leistung als "Durchflusskraft" zu vergleichen.

Zum Fleisch Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Wasserrad und benötigen Strom, um es zu drehen.

Wenn Sie einen wirklich hohen Wasserdruck haben, dieser aber durch ein winziges Loch (Hochspannung, niedriger Strom) kommt, haben Sie gewonnen Ich bekomme nicht viel Kraft. Wenn Sie ein großes Rohr mit niedrigem Druck (hoher Strom, aber niedrige Spannung) haben, erhalten Sie auch nicht viel Strom. Es sind sowohl Druck (Spannung) als auch Durchfluss (Strom) erforderlich, um die Arbeit zu erledigen (Leistung).

Wenn Sie von der Wasser-als-Elektrizität-Analogie angezogen werden, werden Sie wahrscheinlich davon profitieren Link von der Georgia State University

stevenvh
2011-05-24 21:44:10 UTC
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Leistung \ $ P = I ^ {2} R \ $. Dies bedeutet, dass Sie sowohl Strom als auch einen gewissen Widerstand benötigen, um Strom zu haben. Jetzt hat sogar ein Kupferdraht einen Widerstand, so dass es zu einer Verlustleistung im Draht kommt, aber oft sind sowohl der Widerstand als auch (damit) die Leistung vernachlässigbar.
Es gibt jedoch eine besondere Bedingung, wenn Sie einen Strom in einem Supraleiter haben . In diesem Fall ist der Widerstand tatsächlich Null, so dass keine Verlustleistung auftritt, selbst wenn ein Strom ungleich Null vorliegt. Da \ $ V = I R \ $ ist, erzeugt der Strom auch keine Spannung.

Joe
2011-05-24 03:12:35 UTC
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Bei Gleichstromelektronik gibt es selten Situationen, in denen Strom und Spannung keine Leistung bedeuten. (Ich kann mir keine Hand vorstellen.)

Bei Wechselstromelektronik kann aufgrund kapazitiver oder induktiver Reaktanz Strom fließen. Diese können sich aufheben und verbrauchen keinen Strom von der Quelle. Jede rein ohmsche Last, P = IV, sollte wahr sein. Wenn Sie jedoch den Leistungsfaktor einbringen, ändern sich die Dinge.

Das kann komplexer sein, als Sie denken. Wenn Sie nur von Gleichstrom sprechen, kann Strom Strom bedeuten. Sie können V = IR und P = IV nehmen und die Leistung aus zwei beliebigen Faktoren beziehen. Sie können Strom nicht nur aus dem Strom beziehen. Wie viel Strom wird verbraucht, wenn 1 A durch einen Draht mit großem Durchmesser fließt? Fast nichts. Es ist gerade auf dem Weg, etwas anderes anzutreiben. Wie viel Strom wird verbraucht, wenn 1 A von einer 10-V-Batterie oder über einen 0,1-Ohm-Widerstand fließt? Jetzt können Sie 10 W sagen.

Es ist nicht so, dass Sie Spannung BRAUCHEN, aber ohne zwei der drei Elemente mit Gleichstromelektronik können Sie nicht sagen, wie viel Arbeit erledigt wird. P. >

SimonBarker
2011-05-25 02:03:58 UTC
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Ich werde versuchen, ein praktisches Beispiel hinzuzufügen:

Eine Situation, in der Sie Strom und keine Spannung in der Gleichstromelektronik haben können, sind Solarzellen. Wenn Licht auf eine Solarzelle trifft, tritt eine Energieübertragung auf, die einen Strom verursacht. Wenn an der Zelle ein Draht angebracht ist, der die positiven und negativen (Erdungs-) Anschlüsse verbindet, fließt dieser Strom entlang des Drahtes zurück in die Zelle. Es kann ziemlich viel Strom geben, aber keine Spannung, da der Draht keinen Widerstand hat.

Wenn wir zum anderen Extrem gehen und den Draht aus der Solarzelle entfernen, bleibt die Energieübertragung von Licht zu Elektrizität bestehen tritt auf, aber der Strom bleibt an den Anschlüssen des Geräts "hängen". Dieser Strom baut sich (fast augenblicklich) auf eine eingestellte Spannung auf. In diesem Fall kann die Spannung gemessen werden, aber es fließt kein Strom, da der Widerstand zwischen den Anschlüssen unendlich ist.

Wenn wir nun einen Widerstand über der Solarzelle anbringen (machen wir ihn groß), einige des Stroms kann durch ihn und zurück zur Zelle fließen. Unter der Annahme, dass der Widerstand groß ist, ist der Stromfluss klein und die Spannung wird nicht sehr stark abnehmen.

Wenn wir einen viel kleineren Widerstand hinzufügen, kann der Strom sehr leicht aus der Solarzelle fließen und zurück auf die andere Seite. Es kann jedoch nicht der gesamte Strom auf einmal durchgelassen werden, sodass wir immer noch eine kleine Spannung an der Solarzelle sehen können (verursacht durch einen "festsitzenden" Strom).

Durch Ändern des Widerstands, den wir an die Solarzelle anlegen Zelle können wir die Beziehung zwischen Strom und Spannung ändern, da Sie Leistung = Strom x Spannung gesehen haben. Wenn wir also 0 Strom und viel Spannung haben (oder umgekehrt), können Sie sehen, wie wir 0 Leistung haben. Indem wir Widerstand hinzufügen, bekommen wir ein bisschen von beidem und als solches bekommen wir Kraft. Diese Leistung ist buchstäblich ein Wärmeverlust im Widerstand, falls Sie sich fragen, wohin die Energie fließt.

NB: Dies ist ein stark vereinfachtes Beispiel und eine Erklärung, aber wenn Sie so noob sind, wie Sie behaupten, sollte dies der Fall sein der Trick.

old_timer
2011-05-25 05:59:07 UTC
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Ein weiteres Wasserbeispiel. Spannung ist das Wasser im Tank im Wasserturm, Strom ist die Flussrate dieses Wassers durch das Rohr zum Boden, Leistung ist der Strom, der in den Widerstand schlägt (die Trägheit von der Masse könnte die Spannung und die Rate die Masse sein bewegt den Strom). Aus dem Ohmschen Gesetz, wie in einer anderen Antwort angegeben, können Sie die Leistung allein aus Strom und Widerstand ableiten (p = i * i * r).

Denken Sie an statische Elektrizität und den Schock, den Sie dadurch erhalten. Die Spannungszahlen sind riesig, aber die Leistung ist nicht da, Spannung oder Strom allein reichen nicht aus. Sie benötigen eine Versorgung von beiden, um wirklich etwas zu tun, und deshalb wird die Kombination benötigt, um Strom zu erhalten. Ein wirklich schneller Wassertropfen wird nicht viel bewirken, Sie brauchen etwas Spannung dahinter. Denken Sie an einen Wasserballon und ein Wasserbett, sie fallen möglicherweise mit der gleichen Geschwindigkeit, aber nur eines wird Ihr Auto auf die Straße bringen. Die Kombinationsmasse ist die Spannung und der Strom ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Masse bewegt, wobei die Spannung die Multiplikation der beiden ist, die der Art und Weise, wie diese Kraft Masse mal Beschleunigung ist, sehr ähnlich ist. Eine ohne die andere macht nicht viel.



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