Gilt das Ohmsche Gesetz im Weltraum?

Mein aktuelles Verständnis ist folgendes: Wenn Strom durch einen Widerstand fließt, wird Wärme erzeugt, die der Widerstand dann an die Umgebungsluft abgibt. Auf diese Weise wird der Widerstand auf ungefähr der gleichen Temperatur gehalten R konstant ist, wodurch das Ohmsche Gesetz ( U = ich R ) linear.

Aber im Weltraum hat der Widerstand keinen Platz, um die Hitze abzuleiten!
Wird der Widerstand in diesem Fall weiter heizen?
Wird das seinen Widerstand ändern, wirkt sich dies wiederum auf die U = ich R Beziehung?

"Aber im Weltraum hat der Widerstand keinen Platz, um die Hitze abzuleiten!" Das wäre ein verdammt cooler Widerstand (Wortspiel nicht beabsichtigt), er hätte viele Anwendungen in der Energiespeicherung und Isolierung. Ich denke, Sie meinen "Aber im Weltraum gibt der Widerstand nur Wärme durch Strahlung und begrenzte Leitung ab."
Das Ohmsche Gesetz ist "linear", weil die Gleichung U = IRnur eine einfache Multiplikation enthält. Es impliziert nichts über Änderungen mit der Zeit, die sich ändern könnten Uoder Ioder R.
Ich glaube nicht, dass der Text der Frage zum Titel passt. Wollten Sie fragen "Gilt das Ohmsche Gesetz im Vakuum?" Schließlich befindet sich die internationale Raumstation „im Weltraum“, steht aber unter Druck, sodass Luft vorhanden wäre, um Wärme durch Wärmeleitung abzuleiten. Gleichzeitig würde ein Widerstand auf der Erde, aber in einem evakuierten Behälter, die gleichen Bedingungen erfüllen, wie sie im Text der Frage zum Ausdruck gebracht werden.
Ich habe ein Gespräch über das Ohmsche Gesetz entfernt, das nicht darauf abzielte, die Frage zu kritisieren oder zu klären. Bitte verwenden Sie Kommentare nicht, um längere Diskussionen über Antworten oder nur am Rande verwandte Themen zu führen.
Wenn es nichts gibt, um den Widerstand abzukühlen, wird der Widerstand weiter heizen, bis er schmilzt. Das hat nichts mit Weltraum zu tun, man kann es sogar hier auf der Erde ganz gut sehen.
Beispiel dafür, was passiert, wenn sich ein Widerstand kontinuierlich mehr erwärmt als abkühlt (am Ende fällt der offene Stromkreis aus und es wird keine Wärme mehr erzeugt, also kühlt er ab). Sie könnten dieses Experiment leicht mit einer einfachen Stromversorgung und einem langweiligen alten Widerstand mit einem ziemlich niedrigen Wert (z. B. weniger als 50 Ohm für eine 12-V-Versorgung) reproduzieren. Stellen Sie sicher, dass es keine brennbaren Gegenstände berührt und dass eine gewisse Belüftung vorhanden ist.

Antworten (6)

Aber im Weltraum hat der Widerstand keinen Platz, um die Hitze abzuleiten!

Tatsächlich tut es das. Die Wärmeübertragung kann auf drei Arten erfolgen: Leitung, Konvektion und Strahlung. Bei der Wärmeleitung geht es im Grunde darum, dass sich feste Materialien berühren; bei Konvektion geht es darum, dass Gase oder Flüssigkeiten die Wärmequelle berühren; und bei Strahlung geht es um die Übertragung von Energie durch die Freisetzung von Wellen oder Teilchen. (Dies erfasst nicht alles, aber da Sie diese Frage stellen, habe ich das Gefühl, dass Sie mit dem Thema nicht sehr vertraut sind, und dies ist hoffentlich gut genug, um Ihnen den Einstieg in diese Antwort zu erleichtern. )

In einer Atmosphäre ist Konvektion üblicherweise eine Hauptart der Wärmeübertragung. Auf diese Weise bleibt jedes luftgekühlte Gerät (ob Zwangsluftkühlung oder Umgebungsluft) auf einer angemessenen Temperatur, und es ist meistens die Art und Weise, wie alles schließlich die Umgebungstemperatur erreicht.

Im Weltraum gibt es keine Atmosphäre, daher funktioniert Konvektion nicht zum Kühlen. Aber es gibt immer noch Leitung und Strahlung.

Wärmeleitung bedeutet im Grunde nur, dass, wenn Sie Ihr Raumschiff irgendwo weit entfernt von einer Wärmequelle oder in einem Bereich mit gleichmäßigen Wärmequellen, die es umgeben, zurücklassen, alles darin schließlich die gleiche Temperatur haben wird. Das ist für unsere Zwecke nicht besonders nützlich; In einem Raumfahrzeug geht es mehr um die Wärmeübertragung innerhalb der Raumfahrzeugstruktur als nach außen.

Aber selbst wenn Konvektion und Leitung keine nützliche Wärmeübertragung bieten, um unseren Widerstand kühl zu halten, gibt es immer noch Strahlung!

Und tatsächlich halten Raumfahrzeuge auf diese Weise eine angemessene Temperatur aufrecht: Durch sorgfältige Kontrolle des Wärme- und Energiehaushalts wird nicht selten sichergestellt, dass alle Seiten des Raumfahrzeugs im Laufe der Zeit ungefähr gleichmäßig der Wärmequelle ausgesetzt sind (was in unseren realen Fällen die Sonne bedeutet). ) und passender Wärmeableitung gegen Wärmeerzeugung durch Abstrahlung überschüssiger Wärme .

Aus diesem Grund enthalten Raumfahrzeugkonstruktionen Strahler , die erzeugte Wärme aufnehmen und sie in den Weltraum abstrahlen.

Wird der Widerstand in diesem Fall weiter heizen?

Ja, es sei denn, das Raumfahrzeug verfügt über Heizkörper oder eine andere Möglichkeit, überschüssige Wärme abzuleiten; was es wird, zumindest wenn es beabsichtigt ist, für längere Zeit zu arbeiten.

Wird diese Änderung wiederum ihren Widerstand beeinflussen U = ich R Beziehung?

Ja und nein! Darauf wurde mehrfach in Kommentaren hingewiesen, aber ich sehe keine Antwort, die es erfasst. Unabhängig davon, wie genau es formuliert wird, gilt das Ohmsche Gesetz nur für eine Momentaufnahme. Dies bedeutet, dass für U = ich R Um wie angegeben zu halten, müssen Sie gleichzeitig zwei oder drei der beteiligten Größen (Spannung, Strom und Widerstand) messen. Wenn Sie zwei messen, können Sie die dritte berechnen.

Die Spannung, die durch den Widerstand am Widerstand verloren geht, wird zu Wärme, die (sofern sie nicht irgendwie freigesetzt wird) die Temperatur des Widerstands erhöht.

Reale Widerstände neigen dazu, ihren Widerstand zu ändern, wenn sich ihre Temperatur ändert, was bedeutet, dass R Änderungen. Entweder die Spannung am Widerstand ( U ) oder der Strom durch den Widerstand ( ich ), muss sich für die Gleichheit ändern U = ich R gültig zu bleiben. Aber wenn Sie diese Größen eine Mikrosekunde später erneut messen würden, würden Sie feststellen, dass die Gleichheit immer noch gilt, wenn auch mit leicht unterschiedlichen Werten für jede.

Wie albern! In meinen Gedanken dachte ich, der Widerstand würde sich immer besser über 1000 Grad erwärmen, unter der Prämisse, dass die Wärme, die der Widerstand weiter erzeugt, nirgendwo hingehen kann - ich wusste nicht, dass der Widerstand irgendwann offensichtlich "rotglühend" werden würde und geben somit ihre Wärme in Form von Strahlung ab.
@jxvjxvjxv: Schwarzkörperstrahlung tritt auf, unabhängig davon, ob das Objekt heiß genug ist oder nicht, damit die Strahlung viel in den sichtbaren Wellenlängen (rot) enthält. Aber je mehr Sie etwas elektrisch erhitzen, desto höher ist die Gleichgewichtstemperatur, bei der die Wärmestrahlungsleistung die elektrische Leistung ausgleicht. (Wenn Sie es von einer Konstantspannungsquelle ansteuern, beachten Sie, dass sich der Widerstand in vielen Materialien mit der Temperatur ändert, also ist es nicht so einfach, wie Sie denken.)
@jxvjxvjxv Nehmen Sie den Extremfall: Die Temperatur des Widerstands steigt über die Siedetemperatur der Materialien im Widerstand. Bei gasförmigem und eventuell entlüftetem Widerstand wird der relevante Widerstand nun durch den Abstand zwischen den Verbindungspunkten und die Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen den Verbindungspunkten definiert. Dieser Widerstand ist üblicherweise höher als der von modernen Widerständen.
Das ist nicht ganz richtig. Konvektion ist eine Art des Wärmetransports innerhalb von Flüssigkeiten, aber die Wärmeübertragung vom Widerstand zur Atmosphäre erfolgt immer noch über Leitung. Der Unterschied ist wichtig, und tatsächlich funktioniert Konvektion im Weltraum nicht einmal in einem unter Druck stehenden Raumschiff, weil es keine Schwerkraft gibt, um sie anzutreiben. Dies wirkt sich auf die Kühlung des Widerstands im Inneren des Raumfahrzeugs aus (der konduktiv durch die Atmosphäre kühlen kann, was weniger effizient ist als Konvektion), und es ist beispielsweise sehr offensichtlich in Flammen, die im Weltraum brennen .
@EmilioPisanty Du hast wahrscheinlich Recht. Beachten Sie, dass meine ursprüngliche Überarbeitung Konvektion als "sich berührende Gase" zusammengefasst hat, was viel mehr mit Ihrem Kommentar übereinstimmt (obwohl die Diskussion über ihre Auswirkungen dieselbe war). Wären Sie mit einer solchen Formulierung zufriedener (aber "Gase oder Flüssigkeiten" anstelle von nur "Gase" zu verwenden; schließlich sind beide flüssige Medien, sodass ein ähnliches Verhalten in dieser Hinsicht zu erwarten ist)?
Randnotiz: Ich bin bei weitem kein Physikexperte, und ich habe ehrlich gesagt nicht erwartet, dass meine Antwort so gut abschneidet. (Nicht, dass ich mich beschweren würde.)
Konvektion kann zum Kühlen von Elektronik verwendet werden, indem diese Elektronik (nach dem Auftragen einer konformen Beschichtung) in einem ordnungsgemäß konstruierten, abgedichteten Mineralölkasten mit einer Verdrängerpumpe eingeschlossen wird, die das Öl zu und von der Elektronik bewegt, und einem Ölkühler, der mit dem Kühlmittel des Fahrzeugs verbunden ist (oder ein eigener Strahler). Hält den Kreislauf geschlossen, und das Öl und die Box können sogar dazu beitragen, die Elektronik besser vor Strahlung abzuschirmen.

Das Ohmsche Gesetz betrifft nur Spannung, Strom und Widerstand. Insofern ist es vollkommen richtig und vollständig. Für ein erfolgreiches Design kommt jedoch nicht nur das Ohmsche Gesetz in Frage!

Selbst in realen terrestrischen Anwendungen müssen Sie die Wärmekapazität des Materials berücksichtigen, das die Wärme leitet und abführt, sowie die Wärmeableitungseigenschaften (werden sehr schnell sehr kompliziert; Geometrie, Materialeigenschaften, Umgebungstemperatur, Luftstrom, Kühlmittelzusammensetzung , Kühlmitteldruck usw. kommen hier alle ins Spiel ...).

In alltäglichen Anwendungen werden Messungen oft bei 25 °C Umgebungstemperatur durchgeführt, um alles zu normalisieren. In dieser Hinsicht erhalten Sie ziemlich genaue Messungen, solange das zu messende Gerät in der Lage ist, den größten Teil der von ihm erzeugten Wärme abzuleiten. In den meisten Anwendungen sind die restlichen Berechnungen einfach nicht erforderlich, da die Abweichung von thermischen Schwankungen nicht ausreicht, um den Mittelwert signifikant genug zu beeinflussen, um besondere Sorgfalt zu rechtfertigen.

Im Weltraum müssen Sie herausfinden, wie Sie jedes bisschen Wärme, das Sie produzieren, entsorgen (oder recyceln) können. Sonden haben oft spezielle Strahlerelemente, um überschüssige Wärme in den Weltraum abzustrahlen. Überraschenderweise sind Wärmeableitungsberechnungen im Weltraum tatsächlich einfacher, da die Gesamtbedingungen viel weniger variieren als beispielsweise die Jahreszeiten auf der Erde. Denken Sie auch daran, etwas Wärme zu sparen, ist so gut wie immer obligatorisch, da viele Geräte an Sonden im kalten Vakuum des Weltraums nicht funktionieren könnten.

Bearbeiten

Da hier noch Verwirrung herrscht, hier ein kleines Beispiel zur Klärung.

AWG 24 Kupferdraht hat bei 25 °C einen Widerstand von 26,17 Ohm pro 1000 Fuß. Nehmen wir nun an, ich treibe eine 100-mA-Last bei 10 V auf diesem 1000-Fuß-Kabel. Bei Raumtemperatur beträgt der Spannungsabfall über dem Kabel 2,617 V. Das entspricht 261,7 mW erzeugter Wärme. 1000 Fuß AWG 24 Kupferdraht wiegen ~555g. Kupfer hat eine spezifische Wärmekapazität von 0,376812 J/(gC). Das bedeutet, dass ~ 209,13 Joule benötigt werden, um die Temperatur des Leiters um 1 ° C zu erhöhen. Nehmen wir an, unsere Spule hat die freiliegende Oberfläche, um ~ 100 mW Wärme abzuleiten. Das bedeutet, dass immer noch 161,7 mW Wärme wirken, um die Temperatur des Leiters zu erhöhen. 1W = 1J/s. 161,7 mJ/s bedeutet, dass die Temperatur des Drahtes in 10000 Sekunden (~2,77 Stunden...) um 7,73 °C gestiegen ist. Wenn Sie jedoch nach diesen 10000 Sekunden die Zeit anhalten und Ihre Messungen von vorne beginnen würden, Sie würden feststellen, dass der Widerstand jetzt bei 32,73 ° C des Kabels wahrscheinlich etwa 27 Ohm pro 1000 Fuß betragen würde. Die Last zieht immer noch 100 mA, aber der Spannungsabfall beträgt jetzt 2,7 V, sodass die Verluste jetzt 270 mW betragen. Wir können immer noch nur 100 mW abführen, Sie sehen also, dass es sich jetzt schneller aufheizt.

Aber das Ohmsche Gesetz gilt immer noch. R ist konstant, es ist immer V/I, egal wie hoch die Temperatur ist. Wenn Sie V, I und R gleichzeitig messen, an welchem ​​Punkt auch immer, wird das Ohmsche Gesetz immer gelten. Aber um zu der richtigen realen Antwort für einen realen Widerstand zu gelangen, müssen Sie auch die Wärmeerzeugung durch Verlust und Dissipation berücksichtigen, die physikalische Faktoren sind und überhaupt nichts mit dem Ohmschen Gesetz zu tun haben .

Dioden

Dioden sind nichtlineare Geräte. Hier sind zwei Grafiken aus dem Datenblatt der beliebten Diode 1N4148:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Von jedem Punkt in diesen Diagrammen aus können Sie herausfinden, wie hoch der Vorwärts- oder Rückwärtswiderstand bei 25 ° C für ein bestimmtes V und I ist.

Mit anderen Worten, für jeden bestimmten Zeitpunkt gilt das Ohmsche Gesetz, aber wenn Sie einen Faktor innerhalb der Zeit variieren, müssen sich die anderen Werte entsprechend ändern, damit dies gilt.
Ich bin überrascht, dass Sie den Satz „Ohmsches Gesetz definiert Widerstand“ nicht in Ihre Antwort eingebaut haben, nachdem Sie ihn in einem Kommentar erwähnt haben. ;)
@ jpmc26 Ich bin ehrlich gesagt überrascht, dass diese Frage so umstritten ist, für mich wird sie nicht viel klarer als das Ohmsche Gesetz ... Ich wette, es hätte nicht so viele gegensätzliche Antworten in der Engineering SE gegeben ... :)
Wikipedia ist mit Ihrer Definition des Ohmschen Gesetzes nicht einverstanden, ebenso wie andere hochrangige Links bei Google. Ich glaube, Sie sind hier in der Minderheit.
Wie widerspricht es sich? Bitte näher erläutern. Irgendwie bezweifle ich, dass ich in den letzten 15 Jahren in der Lage gewesen wäre, irgendeine Schaltung zu entwerfen (obwohl ich es viele Male getan habe!), Wenn ich das die ganze Zeit völlig falsch gemacht hätte ...
Wie spricht Ihre Antwort das OP an, bei dem es um die Gültigkeit des Ohmschen Gesetzes im Weltraum geht, dh unter Dichte- und Temperaturbedingungen, die sich stark von den von Ihnen diskutierten unterscheiden? Und übrigens, das Ohmsche Gesetz ist überhaupt nicht "vollkommen genau und vollständig". Tatsächlich lässt sie nicht einmal eine speziell-relativistische Verallgemeinerung zu. Tatsächlich ist das Ohmsche Gesetz rein phänomenologisch , weit entfernt von Ihrer Einschätzung.
Es geht auf die Frage ein, indem es zeigt, wie Sie das Ohmsche Gesetz verwenden, um die Wärmeerzeugung in einem System zu berechnen, und wie Sie berechnen, wie die Temperatur in Abhängigkeit von der Wärmeableitung ansteigt, und die Beziehung zwischen dem Ohmschen Gesetz und der Thermodynamik. Im Weltraum wenden Sie genau die gleiche Argumentation an, der einzige Unterschied besteht darin, WIE Sie alles kühlen. Das Ohmsche Gesetz wird im Weltraum genauso angewendet wie hier. Im Weltraum sind die Parameter anders (spezifische Wärme im Vakuum, andere Auswirkungen auf die Materialien), aber die Mathematik funktioniert genau gleich.

Man kann immer eine pedantische Position einnehmen und sagen, dass das Ohmsche Gesetz niemals gilt, da der Widerstand immer in gewissem Maße durch die Joule-Wärme erwärmt wird (selbst wenn der Widerstand durch Luft gekühlt wird) und der Widerstand typischerweise mit der Temperatur ansteigt. Das Ohmsche Gesetz ist also ein ungefähres physikalisches Gesetz. In einigen Situationen sind Abweichungen vom Ohmschen Gesetz sehr signifikant, zum Beispiel bei Glühlampen, was Ihrem "Raum"-Fall nahe kommt.

Andererseits enthält die Formulierung des Ohmschen Gesetzes manchmal die Formulierung „in einem bestimmten Zustand“ ( https://en.wikipedia.org/wiki/Ohm's_law#Temperature_effects ), aber eine solche Formulierung beschreibt Situationen, die man nicht oft sieht in der Praxis.

Mit anderen Worten, das Ohmsche Gesetz ist ein Gesetz, das für einen idealen Widerstand gilt. Wenn Sie im wirklichen Leben jemals einen idealen Widerstand finden, lassen Sie es mich wissen. Ich bin sicher, dass ich ein Multi-Milliarden-Dollar-Projekt finden kann, das gerne einen idealen Widerstand an genau der richtigen Stelle haben würde! =)
Ich habe diese Antwort abgelehnt, weil sie darauf hindeutet, dass das Ohmsche Gesetz manchmal (diese Antwort sagt sogar immer!) Nicht gilt. Das tut es IMMER. Es gibt nur drei Terme in dieser Gleichung, und Wärmekapazität, Wärmeableitung usw. sind NICHT Teil davon. Das Ohmsche Gesetz betrifft nur Spannung, Strom und Widerstand, und das gilt IMMER. Wenn sich die Temperatur ändert, ändert sich R, aber V wird IMMER == IR.
@DrunkenCodeMonkey: Ich stimme respektvoll nicht zu. Bitte beachten Sie meinen Kommentar zur Frage.
Es ist nicht so, dass das Ohmsche Gesetz ungefähr ist, es ist sofortig . Sie gilt für die zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Verhältnisse, und ändern sich die Verhältnisse, so ändert sich auch die sich daraus ergebende Berechnung aus dem Gesetz. Wenn Sie jemanden haben, der schnell einen variablen Widerstand dreht, gilt das Ohmsche Gesetz immer noch, Sie müssen nur einen "Schnappschuss" der Bedingungen erhalten, die Sie messen.
@HotLicks: Auch dies hängt von der Formulierung des Gesetzes ab. Ich verwende eine ziemlich Standardformulierung.
@akhmeteli - Ich auch. Wollen Sie andeuten, dass mit elektronischen Geräten viel getan werden kann, ohne zu verstehen, dass sich alle ihre Gesetze auf augenblickliche Bedingungen beziehen, sodass das, was jetzt gilt, möglicherweise eine Mikrosekunde später nicht mehr zutrifft?
@HotLicks: Was ich meine, habe ich geschrieben. Ich fühle mich nicht wohl dabei, die Aussage zu kommentieren, wie viel oder wie wenig getan werden kann, ohne etwas zu verstehen:-)
Wenn Sie bei einer Glühlampe den Widerstand bei Raumtemperatur messen, dann die Spannung oder den Strom bei Betriebstemperatur messen und diese dann in das Ohmsche Gesetz einstecken, um das andere (oder die Leistung) zu berechnen, bedeutet dies, dass Sie das Ohmsche Gesetz falsch anwenden, nicht dass es verletzt wurde. Kein Teil des Ohmschen Gesetzes behauptet oder verlangt, dass der Widerstand eine Konstante ist. Gut so, denn das ist es nicht. Das ist nur eine nützliche Annäherung, die in fast allen Schaltungen verletzt würde, wenn Sie genau genug messen.
@PeterCordes: Erstens vergleiche ich nicht den Widerstand einer Glühlampe bei Raumtemperatur und bei Betriebstemperatur, ich vergleiche den Widerstand bei kleinem Strom und bei Betriebsstrom. Das Ohmsche Gesetz in der (ziemlich standardmäßigen) Formulierung, die ich verwende (das Ohmsche Gesetz besagt, dass der Strom durch einen Leiter zwischen zwei Punkten direkt proportional zur Spannung zwischen den beiden Punkten ist - en.wikipedia.org/wiki/Ohm's_law ) erfordert, dass der Widerstand eine Konstante ist. Und ja, das Ohmsche Gesetz ist in dieser Formulierung ungefähr.
Nachdem ich den Wikipedia-Artikel gelesen habe, muss ich zustimmen, dass dies impliziert, dass R nahezu konstant ist und dass das Zeichnen von Vvs. Iein lineares Diagramm ergibt. Deshalb sagen wir, Dioden sind nicht ohmsch. Nach meinem ersten Argument und @DrunkenCodeMonkey wäre es nicht anders, über den momentanen Durchlasswiderstand einer Diode zu sprechen, als über den Widerstand eines normalen Widerstands zu sprechen. Das ist offensichtlich nicht ganz richtig.
Ich denke immer noch, dass Temperatureffekte anders betrachtet werden sollten als die inhärente Nichtlinearität eines pn-Übergangs, da externe Erwärmung / Kühlung die IV-Kurve für einen größtenteils linearen Widerstand beeinflusst. Wenn Sie zum ersten Mal 120 V an eine Glühbirne anlegen, ist der Strom viel höher als nach dem Aufheizen. Ich denke, es ist sinnvoll zu sagen, dass das Ohmsche Gesetz sowohl für den kalten als auch für den heißen Zustand gilt und sich der Widerstand einfach mit der Temperatur ändert. Oder messen Sie den hohen Widerstand, während das Filament noch richtig heiß ist. Der temperaturempfindliche Widerstand unterscheidet sich von anderen Arten der Nichtlinearität.
@PeterCordes: Auch hier verwende ich eine bestimmte (ziemlich Standard-) Formulierung, die Temperatureffekte nicht anders berücksichtigt. Da der Widerstand der Glühbirne anfänglich niedrig ist, wenn 120 V angelegt werden, bis die Spirale erhitzt ist, öffnen Sie eine ganz neue Dose mit Würmern, die versuchen, transiente Prozesse zu berücksichtigen. Betrachten wir einen gewöhnlichen Widerstand, an den 120 V angelegt werden. Sein anfänglicher Widerstand unterscheidet sich vom stationären Widerstand (z. B. aufgrund des Skin-Effekts). Lassen Sie uns also nur über den Gleichstromwiderstand (oder den Widerstand bei einer konstanten Frequenz) sprechen.
Guter Punkt zu Transienten. Der Skin-Effekt hängt nicht von der Temperatur ab (oder welche Art von Kühlkörper / aktiver Kühlung Sie angeschlossen haben) und ist mehr oder weniger dem physikalischen Design des Widerstands eigen. Ich denke, es gibt hier zwei Denkrichtungen: eine, bei der R = konstant eine ausreichende Annäherung ist, um nützliche Ergebnisse für Widerstände zu liefern, die so linear wie möglich ausgelegt sind (wie in Wikipedia beschrieben), und eine andere, bei der Sie sie R=constant + F(temp)in Schaltungssimulationen verwenden. Widerstandsdatenblätter zeigen normalerweise eine R-gegen-Temperatur-Kurve oder einen Skalarkoeffizienten.
Ich würde also vermuten, dass Leute, die an das Entwerfen von Elektronik gewöhnt sind, daran denken, dass R nur bei konstanter Temperatur eine Konstante ist. Sogar Komponenten, die für einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstands ausgelegt sind, weisen eine gewisse Variation mit der Temperatur auf. Es ist sinnvoller, darüber nachzudenken, dass das Ohmsche Gesetz genau mit den möglichen Widerständen über einen Bereich von Arbeitspunkten gilt, als daran zu denken, dass das Ohmsche Gesetz verletzt wird. Aber anscheinend formulieren es manche Leute so. Ich kann nicht behaupten, dass die Leute so nicht reden, ich denke nur, dass es keine so gute Art ist, die Welt zu beschreiben.
@PeterCordes: Wenn wir akzeptieren, dass das Ohmsche Gesetz genau "mit den möglichen Widerständen über einen Bereich von Arbeitspunkten" gilt, dann sind Dioden ohmsch :-) Ist es nützlicher? Ich bin nicht sicher. Über Definitionen zu streiten ist jedoch wenig zielführend. Auch hier habe ich ein ziemlich Standard verwendet. Sie bevorzugen eine andere? Geht in Ordnung. Aber das bedeutet nicht, dass ich "das Ohmsche Gesetz falsch anwende", wie Sie sagen.
Ja, ich nehme den Teil "falsch verwendet" dieses Kommentars zurück. Ich stimme zu, dass es nur eine Frage der Definition ist, und anscheinend wird die von Ihnen verwendete als gültig akzeptiert (wobei ich mich zuvor geirrt habe). Übrigens meinte ich "thermischen Arbeitspunkt" und würde ein Gerät nur dann als ohmsch bezeichnen, wenn seine V / I-Kurve bei konstanter Temperatur (fast) linear ist, gemessen mit Gleichstrom.
Bitte sehen Sie sich das Beispiel an, das ich meiner Antwort hinzugefügt habe. Hoffentlich sollte dies die Dinge klären ...
@DrunkenCodeMonkey: Was Ihr Beispiel verdeutlicht, ist, dass Sie und ich unterschiedliche Formulierungen des Ohmschen Gesetzes verwenden. Ich brauchte das Beispiel nicht, um das zu wissen. Und ich bestehe darauf, dass die Formulierung, die ich verwende, eine ziemlich standardmäßige ist. Auch hier ist es nicht sehr produktiv, über Formulierungen/Definitionen zu streiten.
Das Beispiel soll zeigen, wie Wärmeerzeugung und -abgabe und das Ohmsche Gesetz zusammenwirken und zeigt, dass beides völlig getrennte Dinge sind. Wenn alles, was Sie wollen, um jeden Preis Recht haben soll, tut es mir leid, Freund, aber diesmal sind Sie es nicht. Es gibt nicht Ihre oder meine Formulierung des Ohmschen Gesetzes, es gibt nur ein Ohmsches Gesetz, und es ist dasselbe, egal wer Sie sind. Es wird immer halten.
@DrunkenCodeMonkey: Ich habe eine Quelle für die von mir verwendete Formulierung angegeben. Sie bestehen darauf, dass es eine solche Formulierung nicht gibt. Lassen Sie uns also zustimmen, nicht zuzustimmen.

Damit das Ohmsche Gesetz wahr ist, muss der Strom proportional zur Spannung sein, sodass ein Strom-Spannungs-Diagramm eine gerade Linie durch den Ursprung wäre.

Eine ähnliche Situation wie die, die Sie beschreiben, ist die des Widerstands einer Glühbirne mit dem Metallfaden (einem Widerstand) in einem evakuierten Glaskolben.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn der Strom ansteigt, nimmt die im Glühfaden verbrauchte elektrische Leistung zu und die Energie geht als Infrarotstrahlung und sichtbares Licht verloren.
Wenn die zugeführte elektrische Leistung gleich der als elektromagnetische Strahlung verlorenen Leistung ist, bleibt die Temperatur des Glühfadens konstant.
Eine Erhöhung des Stroms erhöht jedoch die Temperatur des Filaments, was wiederum den Widerstand erhöht = v Ö l t a g e c u r r e n t des Filaments.
Der Graph von Strom gegen Spannung ist also keine gerade Linie durch den Ursprung und daher wird das Ohmsche Gesetz nicht befolgt.

Bei kleinen Strömen, wenn kleine Mengen an Leistung verbraucht werden, bleibt die Temperatur des Filaments ungefähr konstant und der Strom-Spannungs-Graph ist ungefähr eine gerade Linie, das Ohmsche Gesetz wird ungefähr befolgt.

Aktualisieren

Nach seinen Experimenten machte Ohm zwei Aussagen.
Einer war, dass für einen "Widerstand" die Spannung dividiert durch den Strom eine Konstante ist, die als Widerstand bezeichnet wird.
Das zweite war, dass der Wert der Konstante (Widerstand) nicht vom Strom abhängt.

Ich denke, dass ein Großteil der Diskussion über die Antwort auf die Frage mit der Interpretation der zweiten Aussage und den Bedingungen zu tun hat, unter denen das Ohmsche Gesetz gilt.
Es gibt viele Gesetze in der Physik, die Bedingungen haben, die erfüllt sein müssen, damit sie wahr sind.
Die Erhaltung des linearen Impulses ist eine davon mit der Einschränkung, dass keine äußeren Kräfte wirken.

Wenn der Glühfaden in einer Glühbirne auf irgendeine Weise auf konstanter Temperatur gehalten wird, so dass sich seine Abmessungen und sein spezifischer Widerstand nicht ändern, dann würde sein Widerstand unabhängig vom Strom konstant bleiben, und das Ohmsche Gesetz würde gelten.

Die Temperatur des Filaments kann jedoch nicht durch ohmsches Erhitzen erhöht werden, sondern indem das Filament in ein Bad mit heißer Flüssigkeit gelegt wird.
Dann war es nicht der Strom, der für den Temperaturanstieg verantwortlich war, und wenn Messungen durchgeführt würden, um den Widerstand des Filaments bei dieser neuen Temperatur zu finden, würde sich herausstellen, dass der Widerstand konstant ist, also gilt das Ohmsche Gesetz.

Die andere Interpretation ist, dass der Temperaturanstieg auf einen erhöhten Strom zurückzuführen ist, der durch die Glühbirne fließt, und daher steigt der Widerstand aufgrund des erhöhten Stroms, was bedeutet, dass das Ohmsche Gesetz nicht gilt.

Wenn man die Kommentare in diesem Beitrag liest, scheint es, dass die Meinungen darüber, welche die richtige Interpretation ist, geteilt sind.

Ich habe diese Antwort aus demselben Grund abgelehnt, der im Kommentar zu Achmetelis Antwort angegeben ist. Wenn Sie gleichzeitig Strom, Spannung und die Temperatur des Elements der Glühbirne messen würden, gilt unabhängig von der Temperatur immer das Ohmsche Gesetz. Wenn sich die Temperatur ändert, ändert sich R, aber V = IR, immer noch. Diese Antwort integriert die Wärmeableitung in das Ohmsche Gesetz, das sie nicht anspricht! V ist IMMER = bis IR, unabhängig von der Temperatur. Der Fehler besteht darin, "Rest" R anstelle des tatsächlichen R zu berücksichtigen.
@DrunkenCodeMonkey Ich habe versucht, die folgenden Punkte zu machen. Die Definition von Widerstand ist r e s ich s t a n c e = v Ö l t a g e c u r r e n t . Ohmsches Gesetz ist c u r r e n t ∝ v Ö l t a g e ohne Widerstand zu erwähnen. Die beiden Aussagen sind unabhängig voneinander. Bei einer Glühbirne bei höheren Strömen ist der Strom nicht proportional zur Spannung und der Widerstand einer Glühbirne hängt von dem durch sie fließenden Strom ab. Damit ein Schaltungselement dem Ohmschen Gesetz gehorcht, suchen Sie nach einer Strom-Spannungs-Charakteristik, die eine gerade Linie durch den Ursprung ist.
Wenn Sie den Widerstand gegen den Temperaturanstieg normalisieren würden, würden Sie genau das erhalten. Das Ohmsche Gesetz DEFINIERT den Widerstand. Sie können es nur auf ein ideales Schaltungselement anwenden. In der realen Welt gibt es zusätzliche Dinge zu modellieren! Das bedeutet nicht, dass das Ohmsche Gesetz versagt, es bedeutet einfach, dass das Ohmsche Gesetz allein nicht das gesamte Element modelliert.
@DrunkenCodeMonkey Ihre Aussage "es bedeutet einfach, dass das Ohmsche Gesetz allein nicht das gesamte Element modelliert." in meinen Worten ist "Ohmsches Gesetz nicht befolgt".
Schauen Sie sich nur an, wie SPICE einen Widerstand modelliert. bwrcs.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/SPICE/UserGuide/… . Es modelliert zuerst den Nennwiderstand (unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes) und passt dann die Temperatur an. Das ist was ich meine. Der Widerstand wird durch das Ohmsche Gesetz definiert, aber das bedeutet nicht, dass das Ohmsche Gesetz allein einen realen Widerstand modellieren kann. Jede reale Komponente hat Streukapazität und -induktivität, die sich zunächst auf Spannungs- und Strommessungen auswirken. Die Temperatur ist nur ein weiterer Faktor, der bei der Modellierung realer Komponenten berücksichtigt werden muss.
@DrunkenCodeMonkey Ich denke, wir sind anderer Meinung.
Kürzlich ist mir aufgefallen, dass die ganze Verwirrung vielleicht auf ein Übersetzungsproblem zurückzuführen ist. Im Französischen ist beispielsweise das Wort für resistOR das gleiche wie für die Eigenschaft resistANCE. Das Ohmsche Gesetz spricht nicht über Widerstände (die Komponente der realen Welt).

Der Widerstand kann Wärme in Form von Wärmestrahlung an die Umgebung abgeben und die vom Objekt (in diesem Fall Widerstand) abgestrahlte Leistung ist umso größer, je heißer das Objekt ist. So erreicht der Widerstand schließlich eine konstante Temperatur und strahlt die gesamte Wärme in den Weltraum ab. In diesem Fall gilt immer noch das Ohmsche Gesetz.

Ehrlich gesagt habe ich die Frage nicht beantwortet gesehen, obwohl es viele Antworten mit tiefen Details zu allem, was sie umgibt, gibt.

Gilt das Ohmsche Gesetz im Weltraum?

Ja

Das Ohmsche Gesetz gilt überall, unter allen Bedingungen.

Aber

Das Gesetz gilt immer. Aber es gibt viele verschiedene Arten von Komponenten, und alle können auf unterschiedliche Weise von der Temperatur beeinflusst werden. Also, ja, selbst wenn Sie Ihren speziellen Widerstand auf 1000 ° C erhitzen, gilt das Ohmsche Gesetz immer noch, es ist nur so, dass Ihre Komponente jetzt einen anderen Widerstand R hat als bei 20 ° C.

Es ist nicht einmal klar, was Ihr Widerstand tun wird - es gibt einige, bei denen R mit der Temperatur steigt (PTC), andere, bei denen R fällt (NTC). Es gibt andere Ursachen, um den Wert von R in einer Komponente zu ändern (z. B. lichtempfindliche Widerstände). Sie sind jedoch immer noch Widerstände (oder "ohmsche" Komponenten), und das Ohmsche Gesetz gilt für sie, wenn auch mit unterschiedlichen Werten von R für unterschiedliche Umstände.

Gilt das Ohmsche Gesetz im Weltraum?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v