Verständnis von Spannung und Leistung in der Flüssigkeitsanalogie für Gleichstromkreise

Ich versuche, elektrische Schaltungen (dh Spannung, Strom, Leistung und Widerstand) zu verstehen. Zum größten Teil macht alles vollkommen Sinn, aber aus irgendeinem Grund habe ich nicht das Gefühl, die richtige Definition von Macht zu verstehen. Ja, ich verstehe die Formeln v = ich R und P = ich v , aber ich bin der festen Überzeugung, dass Sie etwas nicht wirklich verstehen, bis Sie es jemand anderem in Laiensprache erklären können (was ich zu diesem Zeitpunkt nicht mit Zuversicht tun kann).

Vielleicht kann ich meine Verwirrung mit der Wasseranalogie erklären (die ich nicht besonders mag, aber zur Veranschaulichung von jedem verwenden werde). Ich verstehe, dass, wenn Wasser durch einen Schlauch (oder ein Rohr) fließt, die Wassermenge an einer bestimmten Stelle pro Sekunde analog zum elektrischen Strom, dem Druck zur Spannung und der Breite des Rohrs zum Widerstand ist.

Stellen wir uns nun zwei Schläuche vor ... einer hat den doppelten Widerstand (was bedeutet, dass er eine kleinere physikalische Breite als der andere hat). Wir achten aber auch darauf, dass beide Schläuche den gleichen Strom haben (d.h. der kleinere Schlauch hat die doppelte Spannung (Wasserdruck)).

Wenn wir einige Spielzeug-Windmühlen treffen würden, bei denen das Wasser aus jedem dieser Schläuche kommt (natürlich aus der gleichen Entfernung), so verstehe ich, dass sie mit der gleichen Geschwindigkeit anfangen würden, sich zu drehen, oder anders ausgedrückt könnte das so sein die an ihnen verrichtete Arbeit ist die gleiche.

Jetzt beginnt meine Verwirrung, denn in dieser Situation ist der Strom für beide Schläuche gleich, aber die Leistung (Watt) wird für den Schlauch verdoppelt, der die doppelte Spannung benötigt, um den gleichen Strom aufrechtzuerhalten (weil er doppelt so viel hat). Widerstand).

Wenn ich an das Wort „Macht“ denke und an etwas, das doppelt so viel davon hat wie etwas anderes, denkt mein Verstand sofort, dass es doppelt so mächtig ist und daher mehr Kraft ausüben oder mehr Arbeit an externen Objekten leisten kann. Aber hier scheint es, als ob der Strom die Geschwindigkeit bestimmt, mit der sich die Windmühlen drehen würden, oder wie hell eine Glühbirne in einem geschlossenen Stromkreis wäre? Tatsächlich scheint „Leistung“ in diesem Zusammenhang eine Anforderung zu sein oder der Aufwand, der erforderlich ist, um den Strom bei einer bestimmten Spannung auf einer konstanten Rate zu halten. Das lässt mich auch denken, dass der Schlauch mit doppelter Leistung weniger effizient ist (offensichtlich aufgrund des Widerstands). Aber so über Macht nachzudenken, scheint kontraintuitiv zu sein, und vielleicht verstehe ich hier etwas Wichtiges nicht. Ist Macht wirklich die „erforderliche Anstrengung“ durch den Stromkreis zu laufen oder handelt es sich um 'potenzielle Arbeit', die ein Stromkreis auf externe Dinge ausüben kann. Jede Klarstellung wird sehr geschätzt.

Beachten Sie, dass Sie, wenn das Wasser den Schlauch verlässt, die Metapher des (kabelgebundenen) elektrischen Stroms verlassen. Es ist auch hilfreich zu erkennen, dass die Gleichungen für ein System gelten, das in ein Gleichgewicht gekommen ist; Der beobachtete Strom ist die Folge der angelegten Spannung und des gegebenen Widerstands. Das heißt, wenn man die Elektronen mit hoher Spannung gewaltsam durch einen hohen Widerstand „pressen“ muss, um einen bestimmten Strom zu bewirken, dann wird viel Arbeit verrichtet; viel mehr, als wenn der gleiche Strom bereits mit wenig "Schieben" fließt (weil weniger Widerstand vorhanden ist).
Wahrscheinlich nicht genug für eine Antwort - die Windmühle als fester Widerstand, sodass die Leistung über der Windmühle bei gleichem Strom in beiden Fällen gleich ist. Es ist der Schlauchwiderstand, der die höhere Verlustleistung hat. Wenn Sie sich also einen einfachen Potenzialteiler mit einer Windmühle und Schlauchwiderständen vorstellen, ist dies möglicherweise sinnvoller.
Das Drehen einer idealen Windmühle (eine ohne Reibung und Flügel ohne Trägheitsmasse) erfordert nur eine unendlich kleine Berührung, und dann dreht sie sich unendlich schnell. Es ist am besten, sich nicht vorzustellen, wie das Wasser gegen die Windmühle spritzt – es ist tatsächlich ein kniffliges Problem, wenn man an die Luftreibung in der realen Welt usw. denkt (erinnert mich tatsächlich an das berüchtigte Sprinklerproblem von Feynman !)
Ich finde auch die Wasseranalogie problematisch. Stellen Sie sich stattdessen vor, wie Ziegelsteine ​​einen Abhang hinunterrutschen. Jeder Baustein ist eine Ladungseinheit. Die Anzahl der Steine, die in einer Sekunde einen festen Punkt passieren, ist der Strom. Die Höhe des Hügels ist die Spannung, und die Reibung, die die Ziegel verlangsamt, ist der Widerstand. Diese Analogie hat auch erhebliche Probleme, aber vielleicht unterscheidet sie sich genug von der Wasseranalogie, um Ihnen einige Einblicke in Ihre Frage zu geben.
<rant> Ich hasse von ganzem Herzen die Wasseranalogie für die elektrischen Phänomene. Es gibt nur einen schwachen Einblick in das Verständnis der Grundlagen (z. B. das aktuelle "Fließt wie Wasser"), aber es bereitet Ihnen große Kopfschmerzen, wenn Sie versuchen, sogar etwas fortgeschrittenere Themen zu verstehen. "Okay, dieser Draht ist wie ein Rohr; du schneidest das Rohr ab und Wasser kommt heraus; du schneidest den Draht ab und natürlich fangen Elektronen an herauszufallen !". Rechts. In der Tat haben wir in meinem Schullabor einen Hausmeister, der speziell dafür ausgebildet ist, all den Elektronenschmutz zu beseitigen, den die Schüler während der Laborstunden auf dem Boden hinterlassen haben. Traurige Realität: Maxwells Gleichungen sind hart.

Antworten (8)

Stellen wir uns nun zwei Schläuche vor ... einer hat den doppelten Widerstand (was bedeutet, dass er eine geringere physische Breite als der andere hat). Wir achten aber auch darauf, dass beide Schläuche den gleichen Strom haben (d.h. der kleinere Schlauch hat die doppelte Spannung (Wasserdruck)). Wenn wir einige Spielzeug-Windmühlen treffen würden, bei denen das Wasser aus jedem dieser Schläuche kommt (natürlich aus der gleichen Entfernung), so verstehe ich, dass sie sich mit der gleichen Geschwindigkeit zu drehen beginnen würden.

Daher kommt die Verwirrung – Sie interpretieren die Gleichung nicht P = ich v korrekt. Die Gleichung besagt, dass die Verlustleistung in einem Objekt gleich dem Strom durch dieses Objekt multipliziert mit dem Spannungsabfall über diesem Objekt ist.

Wenn wir uns bewerben P = ich v zu einem Widerstand, der einem Schlauch entspricht, P ist die Verlustleistung in diesem Widerstand , während v ist die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Enden des Widerstands. Bei einem festen Strom ist die Verlustleistung in einem Widerstand mit höherem Widerstand größer, weil der Spannungsabfall größer ist.

Dies ist unabhängig davon, wie viel Energie im Windrad vernichtet wird ich v wo v ist der Spannungsabfall über dem Windrad . Mit anderen Worten, die Menge an Leistung, die Sie im Schlauch verlieren, hängt vom Druckabfall im Schlauch ab, während die Menge an Leistung, die Sie an die Windmühle liefern, vom Druck des Wassers abhängt, wenn es aus dem Schlauch kommt.

Genau wie in der Thermodynamik T = P/V :)
ZB ist die Stromstärke wie der Druck, wenn Sie die Fluiddynamik in die oben genannten "Löcher" anwenden.

Um die Antwort von BowlOfRed zu erweitern, ist Ihre ursprüngliche Prämisse falsch. Ich habe Ihre ursprüngliche Analyse gelesen und obwohl sie größtenteils richtig ist, denken Sie, dass gleicher Strom = gleiche Geschwindigkeit ist. Das ist nicht richtig. Gleicher Strom = gleicher Durchfluss (dh Liter/Sekunde).

In der Wasseranalogie entspricht der Widerstand der Rohrfläche, sodass ein Rohr mit hohem Widerstand eine kleinere Fläche hat. Damit es die gleiche Strömung hat und daher fließt, muss das Wasser eine höhere Geschwindigkeit haben.

Aus dem einen Rohr sprudelt das Wasser träge heraus, während es aus dem anderen sprudelnd herausspritzt. In einen Eimer geleitet, würden sie ihn in der gleichen Zeit füllen (gleicher Strom / Durchfluss), aber das spritzende Wasser kann mehr Arbeit leisten (höherer Druck / höhere Spannung).

Sie könnten immer noch eine Einschränkung stromaufwärts haben und dann das Rohr wieder auf den gleichen Durchmesser wie das andere erweitern. Dies würde der Strömung den gleichen Strom und die gleiche Geschwindigkeit verleihen, während der Widerstand und damit die im Rohr verbrauchte Leistung mit der Drosselung immer noch erhöht wird. Obwohl seine Analogie aus diesem Grund einige Probleme hatte, ist dies nicht das Hauptproblem, auf das er stößt.
Diese Antwort kommt mir unsolide vor. Wir wissen, dass in der Wasserleitungsanalogie der Wasserdruck der elektrischen Spannung und der Wasserstrom dem elektrischen Strom entspricht. Es hört sich so an, als würden Sie elektrische Energie mit der linearen Geschwindigkeit des Wassers vergleichen, was trügerisch ist. Die korrekte Analogie der elektrischen Energie ist Wasserkraft, nicht Wassergeschwindigkeit. Sie schreiben, als ob die Übereinstimmung zwischen Geschwindigkeit und Leistung signifikant wäre, aber soweit ich weiß, ist es nur ein Zufall.
Am wichtigsten ist, dass Ihre Antwort darauf hindeutet, dass das Vorhandensein eines Widerstands dazu führt , dass etwas anderes eine große Menge Strom erhält (weil in Ihrem Szenario das Vorhandensein eines schmalen Rohrs dazu führt , dass etwas anderes als das Rohr eine große Menge Strom erhält). Das ist falsch.
Leute; Das OP fragt nach elektrischen Schaltkreisen. Das OP bringt dann die ungenaue Wasser-in-einem-Rohr-Analogie zur Sprache. Ich versuche, auf einen grundlegenden Fehler in der Argumentation des OP hinzuweisen (gleicher Strom = gleiche Geschwindigkeit). @TannerSwett: Die zusätzliche Leistung kommt von der Antriebsmaschine (Batterie/Pumpe): Wir haben einen konstanten Strom/Fluss definiert . Wenn der Widerstand also zunimmt, muss die Antriebsmaschine mehr Arbeit leisten, also mehr Leistung. Es ist nicht falsch.
@OscarBravo OP spricht über Wasserströmung, nicht über Geschwindigkeit. Dann bezieht er den an den Ventilator gelieferten Strom auf die Geschwindigkeit, mit der sich die Windmühle drehen würde. Er versuchte nicht zu sagen, dass gleicher Strom gleiche Strömungsgeschwindigkeit ist. Er bezog die Geschwindigkeit der Windmühle auf die Wasserströmung, die ziemlich genau der Menge an Leistung entspricht, die an eine Last im Verhältnis zu ihrer Strömung abgegeben wird. Die Geschwindigkeit der Windmühle ist beispielsweise in dieser Analogie analog zur Intensität einer Glühbirne.
@JMac Nun, sein ursprünglicher Beitrag war ziemlich vage und verwendete eine ungenaue Ausdrucksweise (wie Intensität, wenn es Macht sein sollte ). Wie auch immer, ich bin mir sicher, mit all den hervorragenden Kommentaren hat er es inzwischen herausgefunden.

Vergiss die Analogien und schau dir nur die Einheiten an

Du hast es selbst gesagt:

aber ich bin fest davon überzeugt, dass man etwas nicht wirklich versteht, bis man es jemand anderem in Laiensprache erklären kann

Nichts sagt, dass Laienbegriffe müde alte Analogien sein müssen. Nehmen Sie einfach das, was Sie studieren, für bare Münze:

Stromspannung

Die Spannung wird in (Überraschungs-)Volt gemessen. Aber ein Volt ist ein Joule pro Coulomb, oder:

Stromspannung = [Energie] [Aufladen]

Aktuell

Strom wird in Ampere gemessen und ein Ampere ist ein Coulomb pro Sekunde, oder:

Aktuell = [Aufladen] [Zeit]

Leistung

Die Leistung wird berechnet als P = ich v einfach weil sich die Einheiten so verhalten:

Leistung = [Aufladen] [Zeit] [Energie] [Aufladen] = [Energie] [Zeit]

Dimensionsanalyse ist oft ein nettes Werkzeug, aber es ist nicht wirklich Laiensprache.

Wenn wir einige Spielzeug-Windmühlen treffen würden, bei denen das Wasser aus jedem dieser Schläuche kommt (natürlich aus der gleichen Entfernung), so verstehe ich, dass sie mit der gleichen Geschwindigkeit anfangen würden, sich zu drehen, oder anders ausgedrückt könnte das so sein die an ihnen verrichtete Arbeit ist die gleiche.

Aber Sie sagten, dass der Druck in einem höher war als in dem anderen. Das bedeutet, dass das Wasser schneller herausschießt. Jedes Stück Wasser bewegt sich schneller und kann mehr Arbeit leisten als ein gleichwertiges Stück Wasser, das sich langsamer bewegt. Einer bringt die Windmühlen zum Drehen, der andere lässt sie sehr schnell drehen.

Und da die Durchflussrate von jedem Schlauch gleich ist, bedeutet dies, dass der Schlauch mit höherem Druck mehr Arbeit leisten kann.

Das ist nicht richtig. Ein Schlauch mit größerem Widerstand erzeugt einen größeren Druckabfall darüber. Das ist nicht dasselbe wie der Druck, der am anderen Ende herauskommt, was die Windmühle zum Drehen bringt.
Ich bin fest davon überzeugt, dass man etwas nicht wirklich versteht, bis man es jemand anderem in Laiensprache erklären kann . Wenn das stimmt, dann habe ich elektrischen Strom und so weiter nicht wirklich verstanden. Tatsächlich konnte ich nicht allen Antworten folgen, die Sie bekommen haben, und im Allgemeinen finde ich die Wasseranalogie nutzlos und irreführend. Nur einige Beispiele für seine Unzulänglichkeit.
In Ihrem Schlauch fließt Wasser (= Strom). Es liegt ein Druck (= Spannung, aber das ist fraglich) an. Aber es gibt auch eine Wassergeschwindigkeit ohne elektrische Analogie. Ich habe den Druck des aus dem Schlauch austretenden Wassers als relevante Größe gelesen. Nun, dieser Druck ist nichts anderes als Atmosphärendruck, der in allen Fällen gleich ist. Die Arbeit, die Wasser auf der Windmühle leisten kann, hängt von seiner kinetischen Energie ab, eine Größe, die niemand erwähnt hat.
@ElioFabri Natürlich ist es keine perfekte Analogie. Beim Austritt des Wassers aus dem Schlauch wird der Druck nach dem Bernoulli-Prinzip in kinetische Energie umgewandelt. Aber die beiden können als dasselbe angesehen werden – Druck ist wirklich nur ein Maß für potenzielle Energie.
@ElioFabri Bei sehr starken Feldern erhalten Sie dasselbe in Elektrizität; Elektronen werden von einem Material abgerissen, wobei sich ihr Potential in die übliche potentielle Energie umwandelt.
@knzhou "Ein Schlauch mit größerem Widerstand erzeugt einen größeren Druckabfall" und genau das passiert, wenn Sie einen schmalen Schlauch nehmen und ihn an einen großen anschließen. Der Gesamtdruck zwischen dem kleinen und dem großen Rohr ist gleich; aber der kleine hat einen niedrigeren Bereich, was eine reduzierte Kraft bedeutet. Wenn also das kleine Rohr am anderen Ende wieder groß wird (dh Draht -> Widerstand -> Draht), wird der resultierende Druck reduziert. Es gibt einen Druckabfall über dem dünnen Rohrabschnitt, wenn man den großen Abschnitt nur an jeder Seite vergleicht.
@ElioFabri In der Analogie wäre die Wassergeschwindigkeit analog zu der Geschwindigkeit, mit der die Ladung getragen wird. Aus dem Schlauch austretendes Wasser hat atmosphärischen Druck, es sei denn, es handelt sich um einen Überschallfluss. Ich glaube, der Grund, warum niemand die kinetische Energie erwähnt hat, ist, dass er die Windmühlenleistung direkt mit dem Strom vergleicht, also macht es nicht viel Sinn, sie mit etwas anderem zu vergleichen, wenn es nicht das gegebene Beispiel ist.

Die Analogie zu fließendem Wasser könnte hilfreicher sein, wenn Sie sich ein etwas anderes Szenario ansehen. Anstelle eines Schlauchs, der auf eine Spielzeugwindmühle spritzt, sollten Sie einen Wasserkraftwerk in Betracht ziehen. Im Wasser oberhalb des Damms ist Energie gespeichert, es gibt ein Rohrsystem, das Wasser zu einer Turbine leitet, und es gibt ein Ausgangsrohr, das das verbrauchte Wasser in den Fluss unterhalb des Damms fließen lässt. Wenn ein Teil des Rohrsystems horizontal verläuft, entsteht ein gewisser Druckverlust im Rohr von einem Ende der horizontalen Strecke zum anderen. Aber es ist klein und steht für verlorene Energie. Es gibt einen großen Druckabfall zwischen dem Einlass der Turbine und dem Auslass der Turbine, und das stellt Energie dar, die dem Wasser entnommen und in die Elektrizität umgewandelt wurde. Und es gibt etwas Druck im Auslassrohr,

Aber in der obigen Beschreibung habe ich den Fokus subtil von Kraft auf Energie verlagert. Und hier müssen Sie Ihre Ideenkiste erweitern. Leistung und Energie sind eng verwandte Konzepte, aber sie sind nicht dasselbe. Der Wasserkraftdamm wird in Leistung (Kilowatt) gemessen, aber das Elektrizitätsunternehmen verkauft Ihnen Strom in Energie (Kilowattstunden). Leistung ist im Grunde Energie pro Zeiteinheit. Oder umgekehrt, Energie ist über die Zeit integrierte Leistung. Wenn Sie sich etwas Zeit nehmen, um sowohl Kraft als auch Energie zu verstehen, fällt es Ihnen möglicherweise leichter, beide Konzepte besser zu verstehen, als Sie beide Konzepte verstehen können.

Energie kann in Joule, Erg oder Elektronenvolt sowie in Kilowattstunden gemessen werden. Dieselben Einheiten können als Arbeitsmaße verwendet werden. Tatsächlich sind die Konzepte von Arbeit und Energie sehr eng miteinander verbunden. Arbeit ist im Grunde genommen Energie, die von einem System auf ein anderes übertragen wird.

Die von Ihnen beschriebene Schaltung könnte mit zwei Röhren so aussehen EIN B und C D mit gleichem Innendurchmesser, aber doppelt so lang (Widerstand) wie der andere.
Um den Kreislauf zu vervollständigen, wird jegliches Wasser, das aus den Enden des Rohrs austritt, zurück in das Wasserreservoir gepumpt, um eine konstante Druckhöhe aufrechtzuerhalten.
Dieses letzte Bit ist analog zu der chemischen Reaktion in einer Zelle, die die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen (Wassersäule) konstant hält.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es gibt einen Druckunterschied ( ≡ Potenzieller unterschied) P ( = h ρ g ) über Rohr EIN B und der Wasserdurchfluss ( ≡ Strom) ist q ˙ .
Wenn die Querschnittsfläche des Rohres ist EIN dann die Nettokraft auf das Wasser in der Röhre ( P − P a t m Ö s ) EIN und die pro Sekunde verrichtete Arbeit (Leistung), um das Wasser durch das Rohr zu treiben ( P − P a t m Ö s ) EIN × v = Δ P q ˙ wo v ist die Geschwindigkeit des Wassers.
Also haben wir Δ P q ˙ ≡ v ich für den Stromkreis.
Für das untere Rohr ist die Druckdifferenz doppelt so hoch wie für das obere Rohr und die Kraft, das Wasser durch das untere Rohr zu treiben, ist doppelt so hoch wie für das obere Rohr, da die Druckdifferenz ( ≡ Potentialdifferenz) ist doppelt so groß.

Wo macht das Arbeit pro Sekunde?
Es treibt das Wasser durch die Rohre und erzeugt aufgrund der Flüssigkeitsreibung (Viskosität) Wärme mit einer Geschwindigkeit von Δ P q ˙ genauso wie die Potentialdifferenz einen Strom durch einen Widerstand treibt, wobei Wärme erzeugt wird.

Die Windmühlen ( ≡ Amperemeter) am Ende drehen sich beide mit der gleichen Geschwindigkeit und zeigen so an, dass der Wasserfluss gleich ist.
Wenn die Windmühlen reibungsfrei sind, verliert das Wasser keine kinetische Energie, wenn es über die Paddel fließt, und daher gibt es keine Energieübertragung auf die Windmühlen, was der Aussage entspricht, dass ein Amperemeter keinen Widerstand hat.

Soweit ich sehen kann, lautet die Frage, die Sie stellen, "Was ist Strom in elektrischen Schaltkreisen?" und Sie haben versucht, dies anhand einer Analogie von Wasser in Rohren zu modellieren.

Ich glaube, dass die Analogie viele Schwierigkeiten mit sich bringt, also würde ich vorschlagen, sie aufzugeben und stattdessen nachzusehen.

Widerstände! :-)

Die Sache mit Widerständen ist, dass, wenn Sie eine Spannung an sie anlegen, ein gewisser Strom fließt. Legt man mehr Spannung an, fließt mehr Strom. Schafft man es dann irgendwie, den Widerstand zu erhöhen, fließt weniger Strom.

Die Beziehung zwischen Strom, Spannung und Widerstand wird durch V = IR miteinander verbunden.

Wenn Sie eine Spannung zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis haben und ein Strom zwischen ihnen fließt, wird etwas Wärme erzeugt.

Die Wärme ist Energie und wird in Joule gemessen.

Wenn Sie einen Elektroherd einschalten, wird der Herd heißer und heißer. Dies liegt daran, dass dem Ring immer mehr Joule Energie zugeführt werden.

Die Rate, mit der die Energie hinzugefügt wird, ist Leistung.

Leistung = Joule pro Sekunde

P=J/s

Leistung ist auch gleich Strom mal Spannung

P=IV

Sie wird in Watt gemessen, das sind Joule pro Sekunde.

Mehr Leistung würde bedeuten, dass dem Ring pro Sekunde mehr Joule Energie zugeführt würden und der Kochring sich schneller aufheizen würde.

Der Grund, warum Sie die Formel für die Leistung in einem Widerstand quadriert haben, liegt an der Substitution.

P=IV

aber V=IR

also P=I(IR)

P = ich 2 R

und

ich = v / R

so

P = v ( v / R ) .

P = v 2 / R .

Spannung, Strom, Widerstand und Leistung sind für jeden Widerstand in der Schaltung miteinander verriegelt.

In Schaltungen mit Widerständen in Reihe sind die Ströme alle gleich und die Spannungen variieren je nach Idee des "Potentialteilers".

Der Gesamtstrom ist die Spannung über alle Vorwiderstände dividiert durch die Summe ihrer Widerstände.

Wenn Sie diesen Strom mit dem Widerstand jedes Widerstands multiplizieren und addieren, werden Sie feststellen, dass die Summe gleich der Spannung über allen ist und die Spannung über jedem Widerstand proportional zum Widerstand dieses Widerstands ist.

Dies bedeutet, dass in jedem Widerstand in der Schaltung Energie verbraucht wird.

jetzt werden Drähte auf Schaltplänen als widerstandslos betrachtet.

Leider ist dies in der realen Welt nicht wahr!

Draht hat einen dem Material innewohnenden Widerstand. Jeder Strang aus dünnem Kupfer kann als Widerstand betrachtet werden. Alle Stränge zusammen können als parallele Widerstände betrachtet werden. Je mehr Litzen und dicker das Kabel ist, desto geringer ist der Widerstand.

Wenn Sie diesen Widerstand in Ihre Berechnungen einbeziehen, bedeutet ein geringerer Widerstand einen geringeren Spannungsabfall bei gleichem Strom und damit eine geringere Verlustleistung.

Wenn große Ströme fließen, sollten Sie die Energie berücksichtigen, die in den Drähten in Wärme umgewandelt wird.

Aus diesem Grund sollten Sie für Herde dickere Kabel als für Lampen verwenden und auch Verlängerungskabel abrollen, wenn sie nahe ihrer maximalen Kapazität betrieben werden.

Wenn Sie dies nicht tun, kann die Verlustwärme des Kabels nicht aus der Rolle entweichen und es wird immer heißer und heißer, wodurch möglicherweise die Isolierung schmilzt!

Man könnte sich vorstellen, dass es für die gleiche Spannung und zwei verschiedene Widerstandswerte nicht die gleiche „Strom“-Ausgabe geben könnte. Joule fand heraus, dass die in einem Draht abgegebene Wärme proportional zum „Quadrat“ des Stroms ist, der durch ihn fließt. Daher sind 4 V/1 Ω = 4 Ampere und 4 V/2 Ω = 2 Ampere. Dies würde im ersten Fall 4 ^ 2 Ampere * 1 Ohm = 8 Watt und im zweiten Fall 2 ^ 2 Ampere * 2 Ohm = 16 Watt ergeben.

Beides mit Sekunden multiplizieren = Joule, die Menge an geleisteter Arbeit oder abgeführter Wärmeenergie.

Sein Beispiel war die Verwendung eines festen Stroms durch eine variable Spannung, nicht eine feste Spannung und einen variablen Strom.
Eine Halbierung oder Verdoppelung der Querschnittsfläche erhöht oder verringert die Ausgangsleistung um den Faktor 4 oder 1/4, dh. 2^2 oder 1/2^2. Das kann meines Wissens nach nicht mit doppelter oder halber Spannung gleichgesetzt werden.
Wer hat was von Halbierung oder Verdoppelung der Fläche gesagt? Er verwendet eine hydraulische Analogie mit einer festen Durchflussrate, die einer festen Strömung entspricht. Er sagte dann, man solle mit einem Rohr mit doppelt so viel Widerstand vergleichen, was in der Analogie leicht durch Variieren des Durchmessers erreicht werden kann. Um eine feste Durchflussrate durch unterschiedlichen Widerstand zu erhalten, müssen Sie den Druck (analog zur Spannung) variieren. In seinem Beispiel hätte der zweite Schlauch den doppelten Druck für den doppelten Widerstand, wie in der Frage angegeben. Eine Halbierung oder Verdoppelung des Durchmessers spielt keine Rolle.
„Stellen wir uns jetzt zwei Schläuche vor … einer hat den doppelten Widerstand (was bedeutet, dass er eine kleinere physikalische Breite als der andere hat). ' So wie ich es verstehe, entspricht diese kleinere Breite 1/4 der Querschnittsfläche. ce, was in der Analogie leicht durch Variieren des Durchmessers erreicht werden kann. Um eine feste Durchflussrate trotz unterschiedlicher Widerstände zu erhalten
Das erklärt immer noch nicht, warum Sie in Ihrem Beispiel eine feste Spannung und einen variierenden Strom verwenden.
Und das bei gleichem Stromwert in den Schläuchen. Ist das nicht das, was er gibt und um Klärung bittet? Wie auch immer man es betrachtet, das ursprüngliche Szenario hat implizit gleiche Parameter für zwei identische Schläuche, die Windmühlen mit gleicher Leistung liefern. Das Verdoppeln des Widerstands in einem dieser Schläuche unter Beibehaltung des gleichen Stromwerts erfordert eine Verdoppelung des Drucks. Die I ^ 2 * R-Watt gelten immer noch, um eine Leistungsverdopplung zu erzeugen. Wenn die Windmühle nicht für die höhere Wattzahl ausgelegt wäre, würde sie sicherlich schneller durchbrennen.
Strom ist in Ampere. Sie haben zwei Gleichungen mit 4 Volt und berechnen unterschiedliche Werte für die Stromstärke. Das ist das Gegenteil der Frage und worauf ich hinaus wollte. Außerdem scheint OP die von Ihnen erwähnten Berechnungen bereits durchgeführt zu haben, er hat versucht herauszufinden, was das bedeutet und wie es mit allem zusammenhängt. Das erklärt das nicht.
Verständnis von Spannung und Leistung in der Flüssigkeitsanalogie für Gleichstromkreise
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v