Elektrizität (Strom) für Beginner

  • Willkommen im Club 😉!

    Imperatrix

    Bin auch im Club !

    Ich versuche seit einiger Zeit verzweifelt, "Strom" zu verstehen und scheitere schon an den Basics, z.B.

    Strom.jpg

    So. Klar. Warum auch nicht.


    Frage: ist das rote Kastel dann irgendwann leer ? (Nein, vermutlich nicht).

    Was passiert mit den kleinen Plus-Elektronen im blauen Kastel ? Werden die umgepolt zu Minus oder wird's irgendwann für alle da drin ein bisserl eng?


    ......Das wird noch ein laaaaaaanger Weg zur Amateurfunk-Lizenz ;(

    .... gibt das Leben dir eine Zitrone, mach' draus eine Limonade.

    (Als echter Prepper natürlich mit einer "handbetriebenen Zitronenpresse" )

  • Um die Verwirrung ein wenig auszubauen :P


    der "Technische Strom" fließt von + nach -


    der "Physikalische Strom" von - nach +

  • Hey!


    Ich versuche dir das ein wenig zu erläutern!


    Stell dir Strom wie fliesendes Wasser in Rohren vor.


    Dabei ist der Wasserdruck die Spannung zb. 12V und die Wassermenge die durchfließt, die Stromstärke (I) Amper.

    Was du da oben zeigst, mit dem roten und blauem Würfel wäre eine Batterie oder ein Akku.


    Im roten (Behälter) herrscht ein Überschuss an Elektronen und im blauen ein Mangel. Durch den Überschuss entsteht der „Druck“, die Spannung.


    Schliesst du jetzt einen Leiter also ein „Rohr“ zwischen den den roten überdruck und den blauen unterdruckbehäter, fliesst „Wasser“ oder Elektronen von rot nach blau. Wenn es Elektronen sind dann heißt das Strom. 😉


    Wenn eine Batterie „leer“ ist, dann sind im blauen und im roten gleich viele Elektronen, also kein Überschuss im roten und kein Mangel mehr im blauen. Sie ist nicht leer, sonder ausgeglichen. 😉


    Wichtig ist zu verstehen dass, wir nicht die Elektronen verbrauchen, sondern nur die Bewegungsenergie der Elektronen nutzen, durch diese Bewegung entstehen in Leitern wie Kabeln oder Transformatoren, elektromagnetische Felder. Diese Felder nutzen wir um zb. Bewegung zu erzeugen. (Motor) oder Wärme bzw. Licht (Glühlampe oder Heizstrahler)


    Bei Heizstrahler oder Lampen wird die „Reibungshitze „ der Elektronen und Atomkernen genutzt, um Hitze und Licht zu erzeugen.

    (An alle Physiker bitte killt mich nicht, mir ist klar das auf Molekularer eben keine direkte Reibung entsteht)


    Also es werden keine Elektronen verbraucht nur ihre Bewegung genutzt.


    hoffe ich konnte es ein wenig erläutern!


    LG

    2 Mal editiert, zuletzt von Drago ()

  • Drago danke !! solche hilfreiche Antworten würde ich sofort brauchen und die kann mir das auf youtube laufende Video natürlich nicht geben.


    Aber ich wollte das an sich wichtige Thema Stromausfall nicht umfunktionieren zu einem "Elektrizität für Dummies" Thread !


    Vielleicht können wir aber einen allgemeinen oder speziellen "Frage-Antwort" Thread eröffnen ???? [batting eyelashes @Ben]


    Alles, was ich vorerst wollte, war MITLEID mit den doch auch hier vorhandenen Strom-Unwissenden.

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  • Smeti HAH !!! das wusste ich schon (wozu die Unterscheidung jetzt gut ist, weiß ich aber nicht )


    Aber wie gesagt: das Internet ist zum Glück voll von Erklärungs-Videos, ich wühle mich durch, aber muss feststellen, dass die Vergessenskurve schneller ansteigt als der Wissenszuwachs - und das ist frustrierend !!!!!:rolleyes:

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  • Don Pedro danke. "Wir" (=wer immer sich als User outen wird) werden SEHR dankbar sein über Links zu guten Erklärungen im Netz bzw. (kurze) Antworten auf konkrete Verständnis-Fragen

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  • Was ist denn dein Lernziel? Was im Alltag versuchst du zu verstehen?

    Bücher zu Grundlagen der Elektrotechnik gibt es viele und auch viele gute/ gut verständliche.

    Wir haben in der HTL auch bei der Physik, "Was ist ein Elektron und was machen wir damit..." angefangen, bevor wir (ein paar Schritte später :) ) diverseste Schaltungen berechnet haben.

  • ......

    Schliesst du jetzt einen Leiter also ein „Rohr“ zwischen den den roten überdruck und den blauen unterdruckbehäter, fliesst „Wasser“ oder Elektronen von rot nach blau. Wenn es Elektronen sind dann heißt das Strom. 😉


    Wenn eine Batterie „leer“ ist, dann sind im blauen und im roten gleich viele Elektronen, also kein Überschuss im roten und kein Mangel mehr im blauen. Sie ist nicht leer, sonder ausgeglichen. 😉

    1. Frage: wenn ich die beiden Pole einfach verbinde, habe ich doch einen KURZSCHLUSS ?????

    2.Frage: Hat eine Batterie somit innen 2 getrennte "Kammern" (eine für plus, eine für negativ Elektronen) ?

    Batterie.jpg

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  • 1. Frage: wenn ich die beiden Pole einfach verbinde, habe ich doch einen KURZSCHLUSS ?????

    2.Frage: Hat eine Batterie somit innen 2 getrennte "Kammern" (eine für plus, eine für negativ Elektronen) ?

    Batterie.jpg

    1. Ja, wenn die Verbindung keinen (nennenswerten) elektrischen Widerstand hat, also "einfach ein Draht" ist, dann ist das ein Kurzschluss, d.h. die Ladung fließt mit maximaler Stromstärke durch und das macht die meisten Stromquellen (Batterien) schnell kaputt. Wenn die Verbindung schon elektrischen Widerstand hat - also zB eine Glühbirne, eine LED-Elektronik, ein Motor usw. dann wird dort Energie verbraucht (also zB Licht oder Wärme erzeugt).


    2. Ja, im Wesentlichen stimmt das (in der Realität sind es zB bei der gezeigten 4,5V-Batterie mehrere Kammern hintereinander, spielt aber keine wesentliche Rolle fürs Verständnis). Und die Ladungsträger (sagen wir mal negative und positive Ionen dazu) müssen bei der Herstellung der Batterie - oder im Fall von Akkus beim Aufladen - "auseinandergebracht" und in diese zwei Kammern aufgeteilt werden; das kostet "Energie", die dann nachher durch den Stromfluss beim Zusammenverbinden der Pole wieder genutzt werden kann.


    Aber um ein Mißverständnis vorab zu vermeiden: Es ist leider nicht ganz so einfach, dass in einer Kammer der geladenen Batterie "zu viele" und in der anderen "zu wenige" Elektronen sind, und man sie mit einem Draht dazu bringt, von der einen in die andere Kammer zu fließen; wenn es so wäre, dann könnte man zB direkt vom Minuspol einer Batterie zum Pluspol einer _anderen_ Batterie eine Verbindung herstellen und damit Stromfluss bekommen. Aber das geht nicht; es muss ein geschlossener Kreislauf sein, damit Spannung und damit auch Stromfluss entstehen kann.

    Einmal editiert, zuletzt von Ad Lib () aus folgendem Grund: Die Batterie ist eine 4,5V keine 9V Batterie...

  • 1. Frage: wenn ich die beiden Pole einfach verbinde, habe ich doch einen KURZSCHLUSS ?????

    Ja das ist ein typischer Kurzschluss... Achtung nicht probieren!!!! Dabei wird die Batterie extrem Heiß und kann sogar zu brennen Anfangen.





    2.Frage: Hat eine Batterie somit innen 2 getrennte "Kammern" (eine für plus, eine für negativ Elektronen) ?


    Jein! ;) Die Batterie hat zwei Kammern, eine für den Elektronenüberschuss (Rot) und einen für den Elektronenmangel (blau).

    Aber es gibt keine positiv geladenen Elektronen... Alle Elektronen sind immer negativ geladen (Elektron = negativ, Proton= positiv, Neutron = neutral)

    Die Polung der Elektronen ändert sich nicht beim Übergang von Kammer Rot zu Blau.


    Es geht nur darum dass es zu viele Elektronen in Kammer rot gibt und zu wenige in Kammer blau.

    Wenn ich die Kammern verbinde, fließen die Elektronen von der einen Kammer zur anderen.


    Hoffe das hilft, wenn noch nicht Frag einfach weiter. ;)


    LG

  • So eine Flachbatterie besteht aus drei in Reihe geschalteten Einzelzellen mit je 1,5 Volt. Die Spannung wird durch verschiedene Chemikalien (z.B. Zink-Kohle) in jeweils einer Zelle, also einer Kammer erzeugt. Hierbei ergibt sich die Ladungstrennung (+/-), die dann für den Stromfluss sorgt.


    PS: Wir haben als Kinder diese Flachbatterien immer getestet, indem wir mit der Zunge gleichzeitig an beide Pole geleckt haben. Den durch die Feuchtigkeit entstehenden leichten Stromfluss konnte man durch Kribbeln auf der Zunge wahrnehmen.

    Einmal editiert, zuletzt von PreppiPeppi ()

  • DAS war jetzt wirklich ein grundlegendes AHA-Erlebnis ! Danke.


    Zum Begriff "Widerstand" : Der Bauteil "Widerstand" steht in welchem Zusammenhang mit dem Widerstand im Ohm'schen Gesetz ? [ja, Zippy hat schon ein bisschen Hausaufgaben gemacht ^^] bzw. wofür brauche ich diese elektrischen Teile ?

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  • Zum Begriff "Widerstand" : Der Bauteil "Widerstand" steht in welchem Zusammenhang mit dem Widerstand im Ohm'schen Gesetz ? [ja, Zippy hat schon ein bisschen Hausaufgaben gemacht ^^] bzw. wofür brauche ich diese elektrischen Teile ?

    Ja, mit dem Elektronikbauteil "Widerstand" ist exakt ein Ohmscher Widerstand gemeint. Den braucht man, um bei Gleichspannung (Wechselspannung ist ein anderes, komplizierteres Thema...) den Stromfluss zu reduzieren und die Spannung zu teilen. Wenn du eine Glühbirne, die nur 1 Volt "aushält", an eine 9 Volt Batterie anschließt, dann muss in den Stromkreis noch ein Widerstand rein, damit nicht die ganzen 9 Volt an der Glühbirne anliegen und sie durchbrennt; 8 Volt müssen stattdessen am Widerstand anliegen, dann bleibt nur 1 Volt für die Glühbirne übrig.


    Um beim (anfangs sicher hilfreichen, später eher irreführenden) Vergleich mit "Strom = Wasser" zu bleiben: Du hast ein kleines Wasserrad, das nur wenig Wasser aushält damit es sich dreht und das bei viel Wasser kaputtgeht. Du hast einen großen Bach mit zu viel Wasser für das Wasserrad. Dann musst du vor dem Wasserrad ein enges Rohr einbauen, damit nur wenig Wasser durchfließt - eben genug für das Wasserrad - und der Rest vom Wasser nicht durchkann. (Der würde sich aufstauen, bis das Rohr platzt - womit der Vergleich mit Strom schon mal hinkt...) So ein enges Rohr entspricht einem Ohmschen Widerstand.

  • Jedes, aber auch jedes elektrische Bauteil hat einen Widerstand, egal ob Stromkabel, Verbraucher oder isolierende Stoffe. Je geringer der Widerstand, um so höher der Stromfluss. Widerstände als elektronische Komponenten werden eingesetzt, um definierte Spannungen auf definierte Ströme in elektronischen Schaltungen zu begrenzen.


    Durch den Widerstand von Stromkabeln sinkt je nach Kabellänge und angeschlossener Leistung ( z.B. 100 Watt oder 20 kW) die Spannung am Kabelende ab. Das nennt man dann Spannungsfall. Je länger das Kabel, um so höher der Widerstand. Je größer der Kabelquerschnitt, um so niedriger der Widerstand.


    Der Widerstand eines Verbrauchers (z.B.im Hausstromnetz) bestimmt dessen elektrische Leistung. Weniger Widerstand eines Heizkörpers bedeutet eine höhere Wärmeleistung.


    Ich gehe hier der Verständlichkeit halber nur auf rein ohmsche Widerstände ein.

    Einmal editiert, zuletzt von PreppiPeppi ()

  • Um beim (anfangs sicher hilfreichen, später eher irreführenden) Vergleich mit "Strom = Wasser" zu bleiben

    Da gebe ich dir Recht ;) später wird es dann viel schwieriger.


    Ad Lib  PreppiPeppi


    Super beschreiben und alles richtig. ich möchte nur noch ein wenig vereinfachen und ergänzen.


    Zum Begriff "Widerstand" : Der Bauteil "Widerstand" steht in welchem Zusammenhang mit dem Widerstand im Ohm'schen Gesetz ?

    Der Bauteil Widerstand hat einen Wert der in Ohm angegeben ist. (Ohmsches Gesetz). 1 Ohm , 2 Ohm, 1kOhm 1MOhm usw...

    (Die Farbringe auf einem Widerstand zeigen diesen Wert)



    Oft wird der Widerstand mit negativen assoziiert, diesen Gedanken gleich verwerfen. ;)


    Stell dir diesen Widerstand als Engpass in der Leitung vor.

    Ein Kabel welches zwischen + und - Pol einer Batterie hängt, hat einen sehr geringen Widerstand wir sagen jetzt einmal 0 Ohm.

    In dieser Leitung können auf Grund des Kabelquerschnittes (zb. 1,5mm²) sagen wir Hausnummer 1 Million Elektronen von Rot nach blau gleichzeitig fließen.

    (Deine weiter oben gezeigte Zeichnung verwirrt vielleicht ein wenig, Elektronen fließen nicht einzeln im Gänsemarsch durch die Leitung von rot zu blau, sondern da gehen viele Gleichzeitig durch)


    Wenn du jetzt einen Widerstand einbaust, ist das oft einfach dünner, gewickelter Draht, wo aus platzgründen (Engpass) nicht 1 Million sondern vielleicht nur 500k Elektronen gleichzeitig durchpassen. (Große Tür viele gehen gleichzeitig durch, Kleine Tür nur einer kann durch)


    Da jetzt die Anzahl der Elektronen die Fließen die Stromstärke ist, bedeutet das:


    Je höher der Widerstand zwischen roter und blauer Kammer ist desto weniger Strom fließt. Berechnung >>>> I = U / R


    Dabei geht auch ein Teil der Spannung auf dem Widerstand über.

    Stell dir das so vor:

    Der Engpass ist ein Flaschenhals in der Leitung, die Elektronen müssen ja wenn Sie den Widerstand passieren wollen vor dem Engpass "warten".

    Wie eine Herde Kühe die in einen schmalen Eingang alle Gleichzeitig durch wollen. Was passiert es bildet sich Stau vor dem schmalen Eingang.

    Dieser Stau ist eigentlich das was ein Widerstand an Spannung in einem Stromkreis übernimmt.


    Das bedeutet je höher der Widerstand (je schmaler der Durchgang) desto höher der Spannungsabfall am Widerstand. Berechnung > U = R x I


    Praxis

    Willst du jetzt eine 1,5V LED auf eine 12V Spannung anschließen musst du vor der LED 10,5V "abbauen".

    Das heißt wir müssen einen Widerstand einbauen. Berechnung >>>>> R = U / i

    Um das zu berechnen brauchen wir jetzt aber den Nennstrom der LED der liegt bei ca. 100mA. (Das entnimmst du den Datenblatt der LED)

    So wie hoch ist jetzt der Widerstand den wir einbauen müssen... Ganz einfach


    Also die Formel R = U / I.

    U = 10,5V (Spannungsabfall am widerstand soll diesen Wert haben)

    I = 100mA (Nennstrom 0,1A)

    R = ?


    10,5/0,1 = 105 Ohm.


    Diesen Wert sollte nun der Widerstand haben. (Den werden wir nicht finden ;) der nächst höhere wird dann verwendet oder eine Kombination aus mehreren Widerständen kann auch den richtigen Wert ergeben)


    Hoffe es wahr anschaulich und verständlich! :D


    LG

  • Drago :thumbup:

    1) aha, wenn ich keinen 105 Ohm-Widerstand habe und einen nächst höheren nehme (angenommen, es gibt einen mit 110 Ohm), dann erzeuge ich doch einen größeren "Volt-Abbau", nämlich 11 V. - Problem ?

    Ich habe beim großen Elektronik "C" shop geblättert - die Ohmwerte für Widerstände sind mitunter seltsam "unrund" :6,8 ; 22 ; .... wie schaffe ich es, die entsprechenden Widerstände für die Serienschaltung *) zu bekommen, oder ist es nicht so tragisch wenn statt 10,5 V dann 11 V sind.

    2) 1,5 V-LED an 12 V Spannung ist natürlich extrem und wird so nicht viel Sinn machen, nehme ich an. Aber werden "nahe" Spannungen auch dauerhaft durch Widerstände ausgeglichen ?


    *) Ja, Zippy kennt Unterschied zw. Serien- und Parallelschaltung bei Widerständen

    .... gibt das Leben dir eine Zitrone, mach' draus eine Limonade.

    (Als echter Prepper natürlich mit einer "handbetriebenen Zitronenpresse" )

  • *) Ja, Zippy kennt Unterschied zw. Serien- und Parallelschaltung bei Widerständen

    Da bin ich bafff... Na dann hast du schon alles was man für kleiner Projekte braucht ;)


    1) aha, wenn ich keinen 105 Ohm-Widerstand habe und einen nächst höheren nehme (angenommen, es gibt einen mit 110 Ohm), dann erzeuge ich doch einen größeren "Volt-Abbau", nämlich 11 V. - Problem ?

    das wäre ca. ein drittel der Betriebsspannung, ja da könnte es Probleme geben. Die würden sich bei einer LED so auswirken, das sie nicht hell genug oder gar nicht leuchtet. Aber es kann nichts passieren (Abbrennen oder kaputtmachen durch einen höheren Widerstand wird nichts)


    Du kannst die Widerstände in Serie schalten dann addiert sich der Gesamtwiderstand und es fallen die Spannungen proportional zum Widerstand die Spannungen ab.


    Beispiel:

    R1 = 4,7 Ohm

    R2 = 100 Ohm


    in Serien R(Gesamt) = 100 + 4,7 = 104,7Ohm


    Oder ein Potenziometer (Poti) verwenden. (mechanisch einstellbarer Widerstand, gibt es auch Stufenlos)


    2) 1,5 V-LED an 12 V Spannung ist natürlich extrem und wird so nicht viel Sinn machen, nehme ich an. Aber werden "nahe" Spannungen auch dauerhaft durch Widerstände ausgeglichen ?

    Ich persönlich habe öfters Schaltung gebaut wo die Spannungsversorgung 12V hatte, und ich eine LED zur Betriebsanzeige einbauen musste. Da macht es schon Sinn, sonst brauchst einen Spannungswandler oder andere Schaltungen. ;)


    Grundsätzlich ja! Aber es hängt vom Verbraucher ab. (Ausgleichen ist nicht unbedingt das Wort welches ich verwenden würde, verwenden wir doch lieber angepasst. Ausgleichen kommt in vielen zusammenhängen der Elektrotechnik vor aber in diesem Fall eher angepasst oder vermindert. ;))


    Je nach Verbraucher kann sich der Strombedarf ändern. Bei einer LED ist das vernachlässigbar, da ändert sich durch Temperaturunterschied der innere Widerstand der LED nur minimal.

    Jedoch bei anderen Verbrauchern ist ein Vorwiderstand nicht der richtige Weg. Stellen wir uns einen Motor in einem Stapler vor, der mal einen schwere Last heben muss und mal eine leichte. Da die Spannung 48V immer gleich aus den Batterien kommt, muss sich ja die Stromstärke ändern um die höherer Leistung zu erzielen.


    Leistung (VA) = U * I


    Damit mehr Strom fließt, muss sich der innere Widerstand des Motors senken. Das tut er auch wenn ich den Motor mehr belaste.

    Aber laut unserer Formel das der Spannungsabfall am Vorwiderstand abhängig vom Stromfluss ist (U = R * I). Fällt nun eine viel zu hohe Spannung am Vorwiderstand ab, und der Staplermotor bekommt keine 48V mehr, sondern Hausnummer 24V. Damit kann der Motor wahrscheinlich nicht mehr Betrieben werden. Somit ist das der Falsche Weg wenn sich die Last ändern kann. Dazu gibt es andere Schaltungen die würden jetzt aber zu weit gehen ;)


    Fazit:

    Bei annähernd gleichbleibender Last wie LED, Lampe, Microcontroller uvm... ist ein Vorwiderstand ok.

    Bei sich ändernden Lasten wie Motoren, Heizungen, Kühlungen usw nicht verwenden.


    LG