Spannung, Widerstand, Strom und Leistung sind die wichtigsten elektrischen Größen

In der Elektrotechnik macht es keinen Sinn, einfach „Elektrizität“ zu sagen. Hier muss immer angegeben werden, was genau besprochen wird. Wir können die elektrische Ladung des Kondensators, die Spannung in der Steckdose, den Strom, der durch die Drähte fließt, oder zum Beispiel die Leistung bedeuten, die der Stromzähler in unserer Wohnung in einem Monat gewickelt hat.

In jedem Fall gibt es keine solche Menge wie Elektrizität, es gibt die Menge „Elektrizitätsmenge“, die korrekt als elektrische Ladung bezeichnet wird und in Anhängern gemessen wird. Dies ist eine elektrische Ladung - sie bewegt sich entlang der Drähte, sammelt sich auf den Platten des Kondensators an, ist periodisch an den Anschlüssen (Minimum - am Phasendraht) der Steckdose vorhanden und bewegt sich in Form von Strom, wenn das elektrische Netzwerk Arbeiten ausführt. Die wichtigsten elektrischen Größen hängen irgendwie mit der Ladung zusammen. Wir werden heute über diese Werte sprechen.

Spannung

Die Spannung U wird zwischen zwei Punkten der Schaltung gemessen. Damit in einem geschlossenen Stromkreis eine stabile Wechsel- oder Konstantspannung anliegt, wird eine Stromquelle benötigt, die sicherstellen kann, dass diese Spannung an den Enden des Stromkreises aufrechterhalten wird. Diese Quelle dient als Quelle für elektromagnetische EMF-Kraft, die wie die Spannung in Volt gemessen wird.

Wenn eine solche Quelle an einen geschlossenen Stromkreis angeschlossen ist, liegt zum einen eine Spannung zwischen den Anschlüssen der Quelle an, dh an den Enden des Stromkreises, und zum anderen an den Enden aller Abschnitte dieses Stromkreises, wenn sie bedingt in Teile unterteilt ist.

Zu jedem Zeitpunkt kann die auf einen bestimmten Abschnitt der Schaltung wirkende elektrische Spannung einen anderen Wert haben als zum vorherigen Zeitpunkt, wenn die Schaltung von einer variablen EMK-Quelle gespeist wird, oder denselben Wert, wenn es sich um eine konstante EMK-Quelle handelt, bzw. die Schaltung. ist ein Gleichstromkreis.

Die Spannung an den Enden des Gleichstromkreises ähnelt dem Höhenunterschied an der Seite eines Berges, und die Ladung unter diesen Bedingungen ist wie Wasser, das nur in Bezug auf das elektrische Feld auf eine Höhe angehoben wird. Dieser Unterschied wird als Differenz der (elektrischen) Potentiale bezeichnet, da es sich nicht um das Gravitationsfeld handelt.

Die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten beträgt 1 Volt. Wenn eine Ladung von 1 Anhänger von einem Punkt zum anderen bewegt werden soll, muss in Höhe von 1 Joule daran gearbeitet werden. Ein Volt ist auch gleich der elektrischen Spannung, die einen Gleichstrom von 1 Ampere im Stromkreis mit einer Leistung von 1 Watt verursacht, aber dazu später mehr.

Strom

Wenn an den Enden eines Abschnitts eines Stromkreises (Leiters) eine elektrische Spannung anliegt, dh wenn es einen Unterschied in den elektrischen Potentialen gibt, bedeutet dies, dass ein elektrisches Feld im Leiter wirkt (entlang der Länge des betrachteten Abschnitts). Ein elektrisches Feld wirkt stark auf geladene Teilchen.

In Metallen beispielsweise sind freie Elektronen Träger einer negativen Ladung und können in Translationsbewegung geraten, wenn sie sich plötzlich in einem externen elektrischen Feld befinden, dessen Quelle in diesem Fall die EMK-Quelle ist. Wenn Elektronen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes in Bewegung kommen, werden sie zu einer sich bewegenden Ladung, dh zu einem elektrischen Strom I.

Die Ladungsmenge wird in Coulomb gemessen, und der Strom kennzeichnet die Geschwindigkeit der Ladungsbewegung durch den Querschnitt des Leiters (pro Zeiteinheit). Wenn eine elektrische Ladung eines Anhängers in einer Sekunde durch den Querschnitt des Leiters fließt, beträgt der Strom im Leiter 1 Ampere. In Analogie zu Wasser ist der Strom umso größer, je mehr Wasser pro Sekunde durch den Rohrabschnitt fließt.

Widerstand

Unter dem Einfluss elektrischer Spannung bewegt sich die Ladung durch den Querschnitt des Leiters und bildet einen Strom, der sich jedoch nicht ungehindert bewegt. Da wir begonnen haben, über einen Metallleiter nachzudenken, werden wir damit fortfahren.

Elektronen in einem Leiter, die sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewegen, stoßen aufgrund der chaotischen Komponente (thermisch) der Bewegung von Elektronen und atomaren Schwingungen auf Hindernisse innerhalb des Leiters - Atome des Kristallgitters sowie aufeinander.

Diese Hindernisse bieten eine Art Widerstand, verlangsamen die Elektronen und reduzieren den Strom im Vergleich dazu, wie viel er sich entwickeln könnte, wenn es keine solchen Hindernisse gäbe. Diese Art von Widerstand R in realen Leitern (Schaltkreisen) ist jedoch immer vorhanden.

Dieser Wert wird in der Elektrotechnik als elektrischer Widerstand bezeichnet. Der elektrische Widerstand wird in Ohm gemessen. Ein Ohm entspricht dem elektrischen Widerstand eines Abschnitts eines Stromkreises, zwischen dessen Enden ein Gleichstrom von 1 Ampere mit einer Spannung von 1 Volt an den Enden fließt.

Je größer der Widerstand ist, der einen bestimmten Leiter kennzeichnet, desto kleiner ist der Strom an den Enden dieses Leiters bei der gleichen Spannung. Diese Abhängigkeit wird als Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises bezeichnet: Die Größe des Stroms in einem Abschnitt eines Stromkreises ist direkt proportional zur Spannung an den Enden dieses Abschnitts und umgekehrt proportional zum elektrischen Widerstand eines bestimmten Abschnitts des Stromkreises.

Macht

Wenn man über den Stromkreis, die Spannung, den Widerstand und den Strom spricht, kann man das Thema der elektrischen Grundgrößen mit einer Geschichte über die elektrische Leistung P beenden. Wenn ein Strom hergestellt wird und unter dem Einfluss der Spannung im Stromkreis weiter fließt, erledigt die EMK-Quelle die Arbeit A am Stromkreis.

Tatsächlich wird durch ein elektrisches Feld an einer elektrischen Ladung gearbeitet, die sich in diesem Feld bewegt. Die Menge an perfekter Arbeit hängt von der Potentialdifferenz ab, die die Ladung überwunden hat, und von der Größe dieser Ladung. Je schneller die Arbeit erledigt wurde, desto höher ist die Prozessleistung.

Im Falle von Strom sprechen wir normalerweise über die Leistung der Quelle, die die Arbeit ausgeführt hat, sowie über die Leistung des Verbrauchers (Stromkreises). Die für Nutzarbeit aufgewendete elektrische Leistung wird in Watt gemessen. Für jede Art von Energie, nicht nur für elektrische, wird 1 Watt als die Leistung definiert, mit der 1 Joule Arbeit in 1 Sekunde erledigt wird.