Vorstellung der Teilspannungen/Stromabfällen

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,

ich beschäftige mich gerade ein wenig mit Schaltungen und den Größen in dieser.

Nun bin ich auf folgendes Verständnisproblem gestoßen:

An jedem Widerstand (bei einer Reihenschaltung) entstehen ja verschiedene Teilspannungen, die abhängig von der Größe des Widerstandes sind. Also: Je größer der Widerstand, desto größer ist die Teilspannung.

Jetzt frage ich mich aber, wie man sich das mit den Teilspannungen vorstellen darf?

Wenn ich zu Beispiel zwei Widerstände in einer Schaltung habe. Den einen variiere ich und den anderen lasse ich gleich. Wie kommt es dann, dass an dem WIderstand, den ich nicht variiere immer unterschiedliche Teilspanungen auftreten? Eigentlich müsste das Hemmnis doch immer dasselbe sein?!

Wie lässt es sich also erklären, dass Teilspannungen auftreten?

Anhand des ohmschen gesetztes ist es ja einfach.

Des Weiteren frage ich mich: Wenn beispielsweise an einem ersten Widerstand die Teilspannung 3 V anliegt, steht dann für eine Verbraucher, der danach kommt nurnoch eine Spannung von 3V (wenn die Stromquelle insgesamt 12V liefert) zur Verfügung?

Es ist schwer die problematik in Worte zu fassen, deswegen hoffe ich, dass man mich trotzdem versteht.

Lg

#2

Hallo Nano12,

das lässt sich mit den Kirchhoffschen Regeln erklären, die zusammen mit dem Ohmschen Gesetz zu den Grundregeln gehören. Für die Reihenschaltung von Widerständen ist das zweite Kirchhoffsche Gesetz (Maschensatz) relevant, denn das besagt, dass die Summe aller Teilspannungen in einem Maschenumlauf 0 ist.

Du solltest dir am besten mal die Kirchhoffschen Regeln ansehen, wenn du diese Aussage besser verstehen möchtest. Bei einer Reihenschaltung von 2 Widerständen bedeutet dies also:

Versorgungsspannung + Spannung am 1. Widerstand + Spannung am 2. Widerstand = 0

Hierbei ist nicht zu vergessen, dass die Versorgungsspannung der abfallenden Spannungen entgegengesetzt ist und dadurch erkennt man auch, dass sich die Spannung an einem Widerstand ändern muss, wenn sie sich an einem anderen Widerstand auch ändert.

Man kann es aber auch am Ohmschen Gesetz aufziehen, denn wenn man einen der Widerstände verändert, verändert sich der Gesamtwiderstand der Schaltung, dadurch ebenfalls der Gesamtstrom und dadurch der Spannungsabfall am anderen Widerstand – sofern man eine Spannnúngsquelle und keine Stromquelle verwendet.

Damit kommen wir zu deiner zweiten Frage. Etwas mit einer Ausgangsspannung von 12V ist eine Spannungsquelle und nicht eine Stromquelle. Das Vokabular ist wichtig.

Des Weiteren frage ich mich: Wenn beispielsweise an einem ersten Widerstand die Teilspannung 3 V anliegt, steht dann für eine Verbraucher, der danach kommt nurnoch eine Spannung von 3V (wenn die Stromquelle insgesamt 12V liefert) zur Verfügung?

Meintest du vielleicht, wenn an einem Widerstand 3V abfallen, ob danach noch 9V zur Verfügung stehen? So eine Aussage wäre falsch, weil sich die Teilspannungen immer automatisch einstellen. Man muss also die fertige Schaltung analysieren und wenn man dann am ersten Widerstand 3V messen würde, könnte man die Aussage treffen, dass 9V am zweiten Widerstand (oder der Last) abfallen, wenn die Spannungsquelle 12V hat. Der Maschensatz muss halt immer erfüllt sein und dadurch wirkt sich die Veränderung eines Widerstandes in einer Reihenschaltung immer auf die Spannungsabfälle der anderen Widerstände aus.

#3

Stell es dir so vor das die Spannungsabfälle immer anteilig am Gesamtwiderstand aufgeteilt werden. (Über der gesamtem Schaltung ist schliesslich der Spannungsabfall gleich der Gesamtspannung) Änderst du einen Widerstand, ändert sich der Gesamtwiederstand, damit die Aufteilung auf die Einzelwiderstände und damit der Spannungsabfall auch über dem ungeänderten Widerstand.

Ist der Spannungsabfall über einem Widerstand 3V, bekommt auch ein „Verbraucher“ daran den du daran anschließt nur 3V, unabhängig von der Spannungsquelle.

Um dich ganz zu verwirren, durch das hinzufügen eines Verbrauchers, der ja auch einen Widerstand hat, ändert sich wieder der Gesamtwiderstand der Schaltung. Dementsprechend die Aufteilung. Das kann durchaus bedeuten das der Verbraucher in der Praxis dann 2.8V bekommt.

#4

Des Weiteren frage ich mich: Wenn beispielsweise an einem ersten Widerstand die Teilspannung 3 V anliegt, steht dann für eine Verbraucher, der danach kommt nurnoch eine Spannung von 3V (wenn die Stromquelle insgesamt 12V liefert) zur Verfügung?

Meintest du vielleicht, wenn an einem Widerstand 3V abfallen,
ob danach noch 9V zur Verfügung stehen? So eine Aussage wäre
falsch, weil sich die Teilspannungen immer automatisch
einstellen. Man muss also die fertige Schaltung analysieren
und wenn man dann am ersten Widerstand 3V messen würde, könnte
man die Aussage treffen, dass 9V am zweiten Widerstand (oder
der Last) abfallen, wenn die Spannungsquelle 12V hat. Der
Maschensatz muss halt immer erfüllt sein und dadurch wirkt
sich die Veränderung eines Widerstandes in einer
Reihenschaltung immer auf die Spannungsabfälle der anderen
Widerstände aus.

Verstehe ich das richtig: Wenn man die Schaltung im Gesamten betrachtet MUSS immer insgesamt die volle Spannung abfallen? (sofern es keinen Kurzschluss gibt) Dabei entstehen die Teilspannungen, weil die Spannung in verschiedenen Maßen an den Widerständen abfällt? Und die Teilspannungen sind halt die genauen Werten, mit denen die Spannung abfällt?

Wie darf man sich das Wort „abfall“ vorstellen? Im Sinn von die Potentialdifferenz verringert sich um die Teilspannung X an dem Bauteil? Heißt: Wenn es zwei Widerstände gibt (Gesamtspannung 12V), dann verringert sich die Potentialdifferenz an dem ersten Widerstand um 3V, sodass die Potentialdifferenz zwischen dem punkt und einem nullpunkt nurnoch 9V beträgt. An dem anderen Widerstand verringert sich die Differenz dann um 9V, sodass die Differenz von dem Punkt zum Nullpunkt 0 beträgt? Ist das so richtig?

Oder wie ist „abfall“ zu verstehen?

Ansonsten bin ich allen, die mir eine Antwort gegeben habe sehr dankbar. Das half mir sehr weiter.

#5

Hallo.

Stell dir die Kabel einfach als Rohre vor, den Strom als Wasserstrom und die Spannung als Druck.
Widerstände wären dann Ventile im Rohr, die du stufenlos öffnen/schliessen (Potentiometer) kannst, wodurch das Wasser halt einen Widerstand hat (z.B. wenn das Ventil halb geschlossen ist).

Das Rohr schliesst du an eine Pumpe (Spannungsquelle) an und am anderen Ende lässt du das Wasser in einen Botticht laufen. Aus diesem holt sich die Pumpe dann übrigens das Wasser. (Der Botticht ist eigentlich überflüssig aber dafür anschaulicher.)

Du hast vor jedem Ventil, an der Pumpe und am Auslass eine Druckanzeige. An der Pumpe hast du z.B. 3bar und am Auslass keinen Druck mehr, also 0bar. Der Druck verteilt sich also auf die halb geöffneten Ventile.
Wenn du jetzt ein Ventil ganz öffnest, verteilt sich der Druck auf die anderen Ventile, denn die Pumpe macht in dieser Betrachtung immer 3bar.

Dadurch lassen sich im Übrigen auch Kondensatoren = Membranen oder Spulen = Impeller leicht darstellen.

Viele Grüße.

#6

Hallo Fragewurm,

Wenn ich zu Beispiel zwei Widerstände in einer Schaltung habe.
Den einen variiere ich und den anderen lasse ich gleich. Wie
kommt es dann, dass an dem WIderstand, den ich nicht variiere
immer unterschiedliche Teilspanungen auftreten? Eigentlich
müsste das Hemmnis doch immer dasselbe sein?!

Du musst immer de Strom im Auge behalten :wink:

Ohne einen fliessenden Strom gibt es keinen Spannungsabfall an einem Widerstand.

Wenn du den einen Widerstand veränderst, ändert sich auch der Gesammtwiderstand. Dadurch ändert sich auch der Strom durch die Widerstände und somit ändert sich die Spannung am Festwiderstand.

Vielleicht hilft dir zusätzlich auch noch die Beschreibung der Vierleiter-Messtechnik (http://de.wikipedia.org/wiki/Vierleitermessung) fürs Verständnis.
Hier hat man typischerweise 4 identische parasitäre Widerstände (die der Messkabel und deren Anschlüsse). Durch zwei fliesst der Messstrom, was einen erheblichen Spannungsabfall an diesen hervorruft. Durch die beiden der Spannungsmessung fliesst praktisch kein Strom, das Spannungsmesswerk ist sehr hochohmig, wodurch an diesen praktisch kein Spannungsabfall entsteht.

MfG Peter(TOO)

#7

Ich muss zugeben, dass es mir weniger darum geht, dass Teilspannungen auftreten, als vielmehr um die Frage, wieso diese auftreten.

Ich komm im bildlichen Sinn nicht ganz dahinter, wieso an Festwiderständen mehrere teilspannungen auftreten. Rechnerisch ist es ja völlig klar, aber wenn ich mir eine Vorstellung darüber verschaffen will komm ich nicht weiter, weil ich mir nicht im klaren darüber bin, was da physikalisch abläuft und wie ich mir das vorzustellen hab.

Also explizit: Unabhängig von der Formel, sondern ganz physikalisch: Wieso ist es so, dass verschiedene teilspannungen auftreten? Wieso verteilen sich die Spannungen deratig? Schließlich sind die Elektronen ja immer in dem Feld zwischen den zwei Polen, das heißt doch eigentlich, dass die Spannung überall die Spannung der Quelle ist?!

Ich hab also jetzt hier einige Regeln die mir genannt wurde und möcte nun wissen, wieso es physikalisch eigentlich so ist, dass ich zwei teilspannungen habe?

Irgendwo muss da bei mir ein Denk/Logikfehler sein, aber leider finde ich ihn gerade nicht :frowning:

#8

Oder geht es dabei mehr oder weniger um die Umwandlung der Potenzialenergie in den bauteilen?

Also von wegen: In dem 1. WIderstand wird die Energie, die aus z.B. 3 V entsteht umgewandelt in Wärme oder so und im zweiten Widerstand die Energie die aus den 9V entsteht umgewandelt?

#9

Tut mir leid, ich kann den Editierbutton einfach nicht finden:

Ich meine natürlich: Ist es mit den Teilspannungen so gemeint, das wenn die Spannngsquelle 12V erzeugt, dass dann bspw. 3V an dem 1. Widerstand in Energie umgewandelt werden und im zweiten Widerstand 9V in Energie umgewandelt werden?

Also sodass am Ende die potentielle Energie, die durch die Spannung entsteht an den Bauteilen in Höhe der Teilspannung umgewandelt wird?

#10

Hallo !

Du schriebst im Titel von „Stromabfällen“,die gibt es in Reihenschaltungen nicht. Dort fließt nur ein Strom,der ist überall gleich in diesem Stromkreis.

Nur wegen dieses Stromes hat man die Teilspannungen,ohne Strom keine Teilspannungen.

Wenn bei einer Reihenschaltung mit 2 Widerständen und 12 V Versorgungsspannung an einem Widerstand 3 V „abfallen“,dann bleiben für den anderen Widerstand natürlich die restlichen 9 V übrig.

Denn die Summe der Teilspannungen muß wieder die Gesamtspannung,hier 12 V ergeben.

Wenn Du ,wie im ersten Beitrag erwähnt,einen der 2 Widerstände im Wert veränderst(Potenziometer,Stellwiderstand),dann ändert sich auch jeweils die Teilspannung am Fest-Widerstand.
Warum ?

Weil sich der Strom ändert,der ist der auslösende Faktor.
Je nach Wert des Stellwiderstandes ändert sich auch die Spannung am Festwiderstand und zwar kann sie auf die volle Versorgungsspannung von 12 V ansteigen(wenn Einsteller = Null Ohm).

Nach den bekannten? Formeln des Ohmschen Gesetzes kann man das alles ausrechnen.
Hat man eine Teilspannung und den Widerstandswert,dann kann man den Strom ausrechnen:
I = U teil: R teil

Hat man Teilspannung und Strom kann man den Widerstand ausrechnen:

R teil = U teil: I

Um den Strom auszurechnen: I = U gesamt : R gesamt

R gesamt ist hier die Summe aller Widerstände der Reihenschaltung.

MfG
duck313

#11

Tut mir leid, ich kann den Editierbutton einfach nicht finden:

Ich meine natürlich: Ist es mit den Teilspannungen so gemeint,
das wenn die Spannngsquelle 12V erzeugt, dass dann bspw. 3V an
dem 1. Widerstand in Energie umgewandelt werden und im zweiten
Widerstand 9V in Energie umgewandelt werden?

JA ! In elektrische Energie in Form von Wärme,Bewegung oder Licht.

Ich kann gar nicht glauben,daß es so schwer fällt,es zu verstehen.

Ich glaube,Du hast noch nicht begriffen,daß es der STROM ist,der diese Teilspannung entstehen lässt,wenn sich mehrere Widerstände im Stromkreis(Reihenschaltung) befinden.

Beispiel Lichterkette ,die klassische Reihenschaltung schlechthin.
Versorgung 230 V, Lichterzahl 20. Da es sich bei den Birnchen um gleiche Widerstände handelt,kann man einfach rechnen 230 V : 20 Stück
und kommt so auf die Teilspannung an jedem Lämpchen = 11,5 V .
Brennt so ein Lämpchen durch,dann ist die Kette dunkel,weil unterbrochen.
Dazu gibts in den Lämpchen Überbrückungskontakte,sie stellen den Stromkreis wieder her. Jetzt brennen 19 Lämpchen an der selben Spannung 230 V. Also haben wir nun Teilspannungen von 230 : 19 = 12,1 V. Jedes Lämpchen wird also schon ca. 10% überlastet.

Das kann man so fortsetzen.
Und warum steigen die Teilspannungen jetzt an ?
Weil sich der alles entscheidende STROM ändert,er erhöht sich,weil der Widerstand sinkt(weniger Lämpchen = weniger Widerstand).

Also sodass am Ende die potentielle Energie, die durch die
Spannung entsteht an den Bauteilen in Höhe der Teilspannung
umgewandelt wird?

Nicht durch die Spannung ! Durch den STROM !

Der Stromfluß durch einen Widerstand bewirkt die Teilspannung am Widerstand und die sich daraus ergebenden Folgen,Erwärmung,Licht,Bewegung.
Die elektrische Leistung ist P = U x I ,das Produkt aus Spannung(Teilspannung) und Strom.

MfG
duck313

#12

Hallo Fragewurm,

Tut mir leid, ich kann den Editierbutton einfach nicht finden:

Da kannst du lange suchen, den gibt es nicht, nachdem der Artikel abgesendet wurde.

Nimm doch mal den guten alten Widerstandsdraht.

Sagen wir mal 10 Ohm pro Meter und davon nimmst du einen Meter und legst mal 10V an den Enden an.

Beim rummessen am Draht wirst du feststellen, dass da pro 10cm 1V Spannungsabfall am Draht vorhanden ist.

Du kannst nun den Draht auch zu einem U biegen, es wird sich an den Messungen nichts ändern. Der Effekt hängt also nicht direkt mit dem elektrostatischen Feld zwischen den beiden Anschlüssen zusammen.

Wenn wir jetzt den Draht irgendwo durchschneiden und die Enden wieder elektrisch verbinden, hat sich nichts am verhalten des Drahts geändert, aber er besteht jetzt aus zwei Teilwiderständen.

Hilft das jetzt weiter?

Als nächstes kannst du die beiden Drahtstücke auch je in eine Blackbox pfriemeln und die Drahtlänge auf die Box schreiben… oder gleich den Widerstandswert in Ohm, was praktischer zum Rechnen ist.

MfG Peter(TOO)

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#13

vielen Dank für deine Antwort.

Mir scheint es aber leider so, als wäre meine Frage nicht so korrekt angekommen. Was du dort schilderst ist weitesgehend bekannt.

Es geht mir hauptsächlich um die Begrifflichkeit des „Spannungsabfalls“ und darum, wie dieser zu verstehen ist.

Es ging nur darum, ob die Spannung in Richtung des STroms an jedem Widerstand (Bauelement) wirklich um den Wert der teilspannung verringert wird, weil dort eine Energieabgabe statt findet. Verringert nicht im Sinn von „die Gesamtspannung wird kleiner“ sondern, wenn man sich die Potentialdifferenz als Berg vorstellt: Oben ist ein Pol unten der andere, der Unterschied ist Uges, dann befindet sich die Elektronen nach durchlaufen eines bauelements bildlich auf einem anderen Energieniveau, nämlich dem Niveau Uges-U1. Die Energie und die Potentialdifferenz sind dann ja kleiner. Das müsste ja richtig sein oder?

Nur darum geht es mir. Nicht um die Berechnung der teilspannungen und auch nicht um die Tatsache, dass Teilwiderstände bestehen. Auch nicht darum, dass die teilspannung größer wird, wenn der Strom oder der Widerstand größer wird. Gilt ja U=R*I

Das heißt doch um nochmal auf die Forenbeiträge einzugehen: Mit Teilspannungen wird, in Hinblick auf die Gesamtschaltung nur beschrieben, „wieviel Energie wo verbraucht wird“ oder? Also welche leistung wo erbracht wird?

Ich schreibe dich direkt an, da du erstens so wirkst, als wüsstest du sehr gut bescheid und zweitens, weil ich eine direkte Frage hab:

Es steht in dem Beitrag:
„Also sodass am Ende die potentielle Energie, die durch die
Spannung entsteht an den Bauteilen in Höhe der Teilspannung
umgewandelt wird?
Nicht durch die Spannung ! Durch den STROM !“

Nur zum Verständnis: DIe potentielle Energie wird ja durch die Spannung erzeugt, durch den Aufbau eines elektrischen Feldes und so. Du kannst doch eigentlich nur meinen, dass die Energie sozusagen erst durch den Elektronenfluss an Bauelemente „weitergegeben“ (bzw. an ihnen umgewandelt) wird oder?
Denn die potentielle Energie kann ja nicht durch den Strom entstehen. Durch den Strom erfolgt ja nur die Energieweitergabe, also die Umwandlung der potentiellen Energie (durch die Spannung erzeugt) in andere Energieformen. bspw. an einem Widerstand in Wärme.

#14

Vielen Dank.

ich hoffe, dass der beitrag über deinem noch beachtet wird. Es geht mir wirklich nicht um die Höhe der Teilspannung oder um die Berechnung.

Sondern um die begrifflichkeit, was Teilspannung meint.

Dazu bitte ich nochmal den vorangegangenen Beitrag zu lesen :smile:

Trotzdem vielen Dank :smile:

#15

Hiho,

ich muss euch etwas widersprechen. Von der physikalischen Kausalität her wird ein Stromfluss meiner Meinung nach durch einen Potentialunterschied, also Spannung hervorgerufen. Das Ohmsche Gesetz lässt natürlich beide Erklärungen zu.

Wenn wir mal physikalische und technische Stromrichtung außen vor lassen, ist die elektrische Spannung eine Differenz von zwei Potentialen und das Potential entsteht durch Ladungen. Diese versuchen im geschlossenen Stromkreis, einen Ausgleich zu verrichten. Die Ladungen versuchen also, den Potentialunterschied auf 0 zu bringen (was die Spannungsquelle selbst natürlich verhindert, da sie den Potentialunterschied aufrecht erhält).

Es liegt also eine unterschiedliche Menge von Ladungsträgern vor und ein Widerstand, das kann man schon wörtlich nehmen, behindert die Ladungsträger auf ihrem Weg. Nun ist es aber so, dass sich die Ladungsträger vor einem Widerstand nicht beliebig „stauen“ können, sonst würde ja durch jeden Widerstand ein anderer Strom fließen. Wenn man nun einen großen und einen kleinen Widerstand in Reihe hat, hält der kleine Widerstand die Ladungsträger nur wenig auf und deshalb sind die Potentiale an beiden Enden des Widerstands nicht so hoch wie die Potentiale an den beiden Enden des hohen Widerstandes und deshalb ist auch die geringe Spannung am niedrigen Widerstand und die höhere Spannung am höheren Widerstand.