Wie verhält sich elektrische Leistung zum Ohmschen Gesetz?

Ich habe einige Schwierigkeiten, diese Konzepte zu verstehen. Nehmen wir zum Beispiel an, eine Stromquelle von 10 W, die bei 5 V arbeitet, ist an eine Last von 0,5 Ohm angeschlossen. Nach dem Ohmschen Gesetz wird erwartet, dass ein Strom von 10 A durch den Stromkreis fließen sollte. Wie oben angegeben, beträgt die Leistung jedoch 10 W, sodass unter Verwendung des Spannungs-Leistungs-Verhältnisses ein Strom von 2 A erwartet wird.

Meine Frage ist: Was ist der erwartete Strom in diesem speziellen Fall und warum?

Sie können nicht Leistung, Spannung und Widerstand angeben. Sie können zwei frei wählen, aber diese beiden bestimmen den dritten.
@Wouter van Ooijen, wie kommt es, dass ich Dinge wie Netzteile gesehen habe, die sowohl die Ausgangsleistung als auch die Spannung angeben, also was ist die Bedeutung dieser Spezifikation?
Was in diesem Fall angegeben wird, ist die maximale Leistung, die der Adapter liefern kann.
@WoutervanOoijen Nehmen wir also an, mein Beispiel ist ein 10-W- und 5-V-Adapter. Welche Strommenge fließt, wenn ich eine 0,5-Ohm-Last daran anschließe?
Wenn es 5 V beibehalten würde, würden 10 A fließen und es würde 50 W liefern. Da es nur für 10 W ausgelegt ist, verwenden Sie es außerhalb seiner Spezifikation, und es gibt keine Garantie dafür, was es tun wird. Eine Sicherung kann durchbrennen, abschalten, überhitzen oder sogar explodieren. Es könnte sogar die 10A liefern. Aber nichts ist garantiert (d. h. allein aus den 5-V-10-W-Spezifikationen)
@Sam: Die Bearbeitung ist eine Verbesserung, aber warum die Inline-Code-Formatierung für Werte? Sie würden es in einem veröffentlichten Artikel nicht so sehen (Änderung von Schriftart und Hintergrund).

Antworten (4)

10 W ist die maximale Leistung, die das Netzteil liefern kann. Die tatsächliche Leistung (und der Strom) hängen von der an die Versorgung angeschlossenen Last ab.

In Ihrem Beispiel beträgt der kleinste Widerstand, der sicher an die Versorgung angeschlossen werden kann, 2,5 Ohm, was zu einem Strom von 2 A und einer Leistung von 10 W führt. Wenn ein kleinerer Widerstand verwendet wird, wird versucht, mehr als 2 A mit einer Leistung von mehr als 10 W zu ziehen. Was als nächstes passiert, hängt vom Netzteil ab, aber die Ausgangsspannung des Netzteils fällt unter die Nennspannung von 5 V, und das Netzteil kann überhitzen oder die Schutzsicherung kann auslösen.

Ist es in diesem Fall also unmöglich, den Strom zu berechnen oder auf wie niedrig die Spannung abfällt? (Vorausgesetzt, wir haben keinerlei Sicherung oder Schutz)
@AguThadeus Ohne spezifische und detaillierte Kenntnisse über die im Netzteil verwendeten Schaltkreise ist es unmöglich , genau herauszufinden, wie dieses Netzteil auf Lasten reagiert, die mehr Strom benötigen, als das Netzteil verarbeiten kann. A 5 v Netzteil mit Nennleistung 10 W hat einen "Übereinstimmungsstrom" von 2 A . Jede Last, die mehr Strom benötigt, überschreitet die Spezifikationen für die Versorgung und die Ergebnisse sind "nicht spezifiziert". (Normalerweise auch nicht gut.)
Wenn es sich um ein minderwertiges Netzteil handelt, kann es knallen.
Unter der Annahme, dass keine Sicherung oder Schutzschaltung vorhanden ist: Bei einem typischen kleinen AC/DC-Schaltnetzteil, wie es häufig bei elektronischen Geräten verwendet wird, nimmt die Ausgangsspannung mit zunehmendem Ausgangsstrom ab, noch bevor die maximale Nennleistung erreicht ist. Die genaue Beziehung hängt von den Besonderheiten dieser Stromversorgung ab. Es passiert nichts Magisches, wenn die maximale Nennleistung erreicht ist. Wenn der Ausgangsstrom noch weiter über die beabsichtigten Grenzen hinaus ansteigt, beginnt die Versorgung zu überhitzen. Irgendwann wird es schmelzen oder Feuer fangen, oder Sie werden einen Leistungsschalter auslösen.

Angenommen, die Leistung kann im Moment unendlichen Strom bei 5 V liefern.

Bei 0,5 Ohm Widerstand fließen jetzt definitiv 10 A durch den Widerstand.

Es folgt dem Ohmschen Gesetz.

Sobald die Stromquelle begrenzte Fähigkeiten hat, z. B. nur 10 W, bedeutet dies, dass sie problemlos bis zu 10 W liefern kann, aber nicht mehr.

Wenn Sie einen 5-Ohm-Widerstand anschließen, liefert ein 10-W-Netzteil 1 A als Strom. Die zugeführte Leistung beträgt also 5 W, obwohl die Kapazität des Netzteils 10 W beträgt.

Sobald die von der Last erwartete Leistung die Stromversorgungskapazität der Quelle übersteigt, kann man nicht vom Ohmschen Gesetz ausgehen. Da die Ausgangsspannung von der Quelle nicht 5 V beträgt.

Entweder die Ausgangsspannung des Netzteils kann abfallen oder sogar die untere unterbrechen (Überlastschutz oder Kurzschlussschutzschaltungen können eingreifen).

Bleiben Sie unterhalb der Leistungskapazität der Versorgung und das Ohmsche Gesetz gilt.

Nehmen wir an, es gibt keinen Lastschutz oder irgendetwas, um dem entgegenzuwirken. Es muss sicherlich etwas passieren, eine Spannung kann abfallen, aber um wie viel? Gibt es eine Möglichkeit, den Abfall zu berechnen und wie viel Strom bei diesem Abfallpegel fließt?
@AguThadeus Ohne spezifische und detaillierte Kenntnisse über die im Netzteil verwendeten Schaltkreise ist es unmöglich , genau herauszufinden, wie dieses Netzteil auf Lasten reagiert, die mehr Strom benötigen, als das Netzteil verarbeiten kann. A 5 v Netzteil mit Nennleistung 10 W hat einen "Übereinstimmungsstrom" von 2 A . Jede Last, die mehr Strom benötigt, überschreitet die Spezifikationen für die Versorgung und die Ergebnisse sind "nicht spezifiziert". (Normalerweise auch nicht gut.)
@jonk Gilt das für jede Quelle? Was ist mit den Quellen, die Strom erzeugen, wie einem Dynamo oder Generator?
@AguThadeus Jeder Generatortyp hat seine Einschränkungen und Spezifikationen. Ein Dynamo hat völlig andere Dynamiken und Spezifikationen als ein Solid-State-Netzteil. Aber es hat immer noch seine eigenen einzigartigen Verhaltensweisen und Spezifikationen. Also, unspezifiziert, kann niemand etwas sagen, wenn Sie die Spezifikationen überschreiten. Aber wenn Sie etwas ganz Bestimmtes angeben, dann kann mehr über das Verhalten gesagt werden, wenn Sie die Spezifikationen überschreiten. Oft viel mehr. Aber wie immer kommt es auf Details an.
@jonk Danke, ich glaube, ich verstehe jetzt, was du meinst, ohne das Innenleben der Stromquelle zu kennen, wäre es in diesem Fall unmöglich zu bestimmen, was passieren würde, wenn etwas versucht, zu viel Strom als seine Nennkapazität zu ziehen
Rechts. Der Hersteller des Netzteils garantiert Ihnen 5V bis 2A. Aber sie sagen dir nicht, was passiert, wenn du über 2A gehst. (Manchmal tun sie das, z. B. bei den Labornetzteilen, die einen Maximalstromknopf haben, aber nicht Ihre durchschnittliche Wandwarze.)

Erstens sollten Sie keine 50-W-Last an ein 10-W-Netzteil anschließen. Eine andere Sichtweise ist, dass es sich um ein 5-V-2-A-Netzteil handelt. Sie könnten das Netzteil überhitzen, beschädigen oder in die Luft jagen und einen Spannungsabfall erleiden. Wenn das Netzteil besonders gut ausgelegt ist und die meisten Komponenten und Konstruktionen um den Faktor 500 % überbewertet sind, ist der einzige Effekt ein starker Spannungsabfall am Ausgang, und Ihre Last wird nicht wie erwartet funktionieren.

Ihr grundlegendes Verständnis der Funktionsweise des Ohmschen Gesetzes scheint richtig zu sein, aber was Sie übersehen haben, sind die Nennwerte der Stromversorgung. Ein 10-W-Netzteil ist nur für die Bereitstellung von 10 W Leistung ausgelegt, was Sie in Ihrem Beispiel für 5 V korrekt mit 2 A berechnet haben. Egal wie groß die angeschlossene Last ist, das Netzteil ist nur für 10 W ausgelegt.

Um eine 50-W-Last sicher anzuschließen, benötigen Sie ein 50-W-Netzteil (oder mehr). Wenn Ihr 10-W-Netzteil 10 A liefern kann, ohne zu explodieren, sehen Sie, dass die Versorgungsspannung um 4 V abfällt, was eine effektive Versorgung von 1 V 10 A (10 W) bedeutet, wenn das Netzteil tatsächlich dazu in der Lage ist. Wenn es nicht so viel Strom liefern kann, wird es knallen oder der Spannungsabfall wird auch größer sein.

Potenzgesetz und Ohmsches Gesetz sind zwei verschiedene Dinge.

Erstens verwendet das Potenzgesetz die Beziehung zwischen Spannung und Strom (P = VI). Sie können es als die dissipierte Energie in Ihrem System darstellen. Üblicherweise wird ein Netzteil durch seine Spannung und seine Stromabgabe definiert. In Ihrem Fall beträgt die Versorgung 5 V und die 10 W würden an Ihre Last (Widerstand) gehen. Mit dem Potenzgesetz erhalten Sie einen maximalen Strom von 2 A bei 5 V für eine sichere Verwendung.

Dann kommt das Ohmsche Gesetz. Wenn Ihr Widerstand bei 0,5 Ohm und Ihre Versorgung bei 5 V liegt, erhalten Sie 10 A (V = RI). Sie können davon ausgehen, dass 10 A fließen, wenn Ihr Widerstand die Versorgung kann. Wenn Sie wissen, dass nur 2 A sicher zirkulieren können, würde Ihr Widerstand brennen.

Warum sollte ein Widerstand brennen? Sagen wir, der Widerstand kann einer Leistung von mehr als 10 W standhalten. Was würde dann passieren, wäre es möglich, die Spannung und den Strom in diesem Zustand zu berechnen?
Nun, es ist möglich, dass Ihr Widerstand beispielsweise auf 50 W ausgelegt ist, dann brennt Ihr Widerstand nicht und lässt den Strom fließen. Angenommen, Sie haben noch Ihre 5-V-Batterie und einen Widerstand von 0,5 Ohm, ein Widerstand von 50 W wäre nach dem Leistungsgesetz gut
Was ist also die Strommenge, die fließen wird?
Nach dem Ohmschen Gesetz 10A.
Selbst wenn die Quelle auf nur 10 W begrenzt ist, woher sollen die zusätzlichen 40 W kommen?
Eine Versorgung ist nicht wirklich durch eine Leistung begrenzt. Es ist normalerweise eine Kapazität wie zum Beispiel 10 Wh. Da die Spannung meist konstant bleibt, kann sie in Ah (2Ah im Beispiel) dargestellt werden. Es sollte also theoretisch in der Lage sein, 1 Stunde lang 2A zu liefern. In einem Datenblatt ist es jedoch viel niedriger, nicht die gesamte Leistung zu verbrauchen. Wenn Ihre Quelle also auf 10 W begrenzt ist, wird die gesamte Leistung verbraucht und es würde nicht funktionieren
Ich glaube, ich fange an zu verstehen, dass zum Beispiel eine Batterie wie eine Batterie ihre gespeicherte Ladung mit einem Strom liefern würde, der viel höher als die angegebene Nennleistung ist, was sie beschädigen kann, aber was ist, wenn es sich um eine Quelle handelt, die keine Ladung speichert wie zum Beispiel einen Adapter, Gleichstromdynamo oder Generator?
Es hängt in diesen Fällen von den Spezifikationen, aber hauptsächlich von Ihrer Last ab. Wenn Sie ein 60-W-Licht haben, zieht es gerade genug zurück, um 60 W zu erreichen, und funktioniert. Ihr Dynamo oder Ihr Generator muss die erforderliche Leistung erreichen
@Marc.D: Du hast sowohl in deiner Antwort als auch in den Kommentaren eine verwirrte Kraft und Energie. Leistung wird in W gemessen, nicht in Wh (was ein Maß für Energie ist). In ähnlicher Weise wird die Stromversorgung in A-Ausgang und nicht in Ah begrenzt. (Selbst ein winziges Netzteil hätte eine enorme Ah-Kapazität, wenn es genügend Stunden lang eingeschaltet bleibt.) Sie müssen das OP bearbeiten und klären, das die Fehler nicht entdeckt hat.
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