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Elektrische Leistung -> Wärme
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UdoKessler



Anmeldedatum: 10.08.2008
Beiträge: 47

BeitragVerfasst am: Do Okt 13, 2011 3:40 pm    Titel: Elektrische Leistung -> Wärme Antworten mit Zitat

Hallo,

habe ein kleines Verständnisproblem und ein riesen Brett vorm Kopf:

Ein Motor wird mit 10W El. Leistung betrieben.
Nun entsteht doch exakt 10W Wärmeenergie, oder? Man kann den Motor ja als normalen Widerstand sehen, der den Strom einfach verheizt.

Oder allgemeiner gefragt: Wenn ein el. Strom durch irgendeinen Schaltkreis fließt, wandelt sich dann immer 100% der Leistung in Wärme um? Wenn nicht, in was dann? (Wir sehen hier mal von Bauteilen ab, die Schall, Licht o.Ä. erzeugen)


Das ist nur der erste Teil meiner Frage, aber ich möchte doch zuerst diese Grundlage klären, vielleicht klärt sich dann der Rest der Frage automatisch.

Grüße
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Rolof



Anmeldedatum: 18.02.2009
Beiträge: 85

BeitragVerfasst am: Do Okt 13, 2011 6:46 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Udo,

ich denke, das siehst Du genau richtig.

Letztendlich wird alles wieder zu Wärme, es sei denn Du speicherst die Energie zunächst irgendwie zwischen.

Du könntest ja mit dem Motor ein Gewicht heben, oder ein Gummiband spannen, oder ein Pendel ziemlich lange schwingen lassen oder, oder, oder...

dann hast Du einen Teil der Energie, neben der Wärme, in andere Energieformen gewandelt. Aus denen wird wiederum letzlich doch irgendwann Wärme. Bei fast jeder Umwandlung in Bischen oder halt Alles.
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Dodes



Anmeldedatum: 05.04.2008
Beiträge: 761
Wohnort: Dortmund Technologiezentrum

BeitragVerfasst am: Do Okt 13, 2011 7:27 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Moin Udo,

leider ist das nicht so ganz einfach,denn wenn der Motor die zugeführte
Energie zu 100% in Wärme umwandeln würde + die Energie die er
als Drehmoment abgibt, dann wäre es eine OU Maschine Smile

Leider ist dem nicht so Rolling Eyes

Eab(wärme) = Ezu(elektrisch) - Eab(kinetisch)

Gruß Dodes
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Rolof



Anmeldedatum: 18.02.2009
Beiträge: 85

BeitragVerfasst am: Do Okt 13, 2011 7:39 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hi Dodes,

was denkst Du denn, was dann mit dem Drehmoment geschieht ?

Egal was Du damit anstellst, wird es vorübergehend in andere Energieformen umgewandelt und schließlich in Wärme enden,
nur halt nicht sofort beim Einschalten des elektrischen Stromes.
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UdoKessler



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Beiträge: 47

BeitragVerfasst am: Do Okt 13, 2011 8:25 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Danke euch erstmal.

So weit bisher ist alles klar, was ihr sagt, habe ich auch alles durchdacht.
Mein Problem ist nur... Wenn 10W durch den Motor fließen, müssten doch unmittelbar 10W/t Wärme entstehen, denn die Reibung der Elektronen
erzeugt doch in den Leitern direkt Wärme. Wieso sollte die weniger werden, wenn der Motor mehr Arbeit verrichtet? Wenn der Motor also die 10W
nutzt, um eine Feder zu spannen, sind doch trotzdem 10W/t Wärme entstanden durch die Elektronenbewegung?? Das ist der Knackpunkt den ich nicht verstehe.
Im Umkehrschluss müsste man ja nämlich sonst auch sagen, daß der Motor immer weniger warm wird, umso mehr der 10W in Energiespeicherung umgesetzt wird..Das Brett ist riesig, vor meinem Kopf.
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Dodes



Anmeldedatum: 05.04.2008
Beiträge: 761
Wohnort: Dortmund Technologiezentrum

BeitragVerfasst am: Do Okt 13, 2011 8:41 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Udo,

ja das ist ein Zusammenspiel von Blindleistung und Wirkleistung!!!

Es kann durchaus sein, dass Du im Leerlauf 100W Leistungsaufnahme messen kannst,
aber nur 10W als Wärme am Motor entstehen, weil der Motor 90W Blindleistung erbringt,
die zu einer Scheinleistung von 100W führen!

Beim messen der Leistung an Deinem Motor, mußt Du auf eine korrekte
Wirkleistungsmessung achten, Strom und Spannung inkl. der Phasenlage!!!


Gruß Dodes
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UdoKessler



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Beiträge: 47

BeitragVerfasst am: Fr Okt 14, 2011 12:19 pm    Titel: Antworten mit Zitat

@Dodes

Danke, jetzt hat das Kind endlich einen Namen, die Blindleistung. Hat man schon mal von gehört Smile

Ok, also nehmen wir den 100W-Motor von dir. Sagen wir, es sind 10V und 10A (=100W). Dann fließen 10 x 6,2^18 Eletronen (/s) durch die Wicklungen. Also unabhängig ob die 100W Blind oder Wirk sind, oder nicht?
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UdoKessler



Anmeldedatum: 10.08.2008
Beiträge: 47

BeitragVerfasst am: Fr Okt 14, 2011 1:42 pm    Titel: Antworten mit Zitat

..sorry, daß ich noch mehr Schreibe, aber ich glaube, ich muss die Sache in kleinere
Einzelschritte zerlegen, um sie zu verstehen.
Folgendes sind teilweise meine Überlegungen, also bitte die Teile korrigieren, die nicht stimmen, denn
ich habe mir manches nur aus den Fingern gesaugt (gegrübelt).

Nehmen wir ein Stück Kupferdraht, welches genau 1ohm hat. Er wir zu einer Luftspule gewickelt.
Nun legen wir 1V (Batterie) an, es müsste also 1A Strom fließen. Da ich aber weiß, daß zum Aufbau des
Spulen-Magnetfeldes Energie benötigt wird, wird anfangs weniger Strom fließen (Hemmung der Elektronenbewegung),
da ihm ein Teil seiner Energie entzogen wird, bis das Magnetfeld vollständig etabliert ist.Das wiederum müsste bedeuten, daß
-anfangs- weniger Elektronen / s durch den Draht fließen - ergo müsste der Widerstand -anfangs- höher sein.
Richtig? Oder genau andesrum?
Nach 1 s nehmen wir nun die Spannung weg, das Magnetfeld bricht zusammen und induziert in der Spule
wieder einen Strom umgekehrter Polarität. Beide Ströme zusammengerechnet ist genau die Arbeitsleistung (W/t),
die wir der Batterie über die 1 Sekunde entnommen haben. Beide Leistungen wurden zu 100% in Wärme umgesetzt,
sobald der Gesamte Vorgang abgeschlossen ist..?
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Dodes



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BeitragVerfasst am: Fr Okt 14, 2011 5:42 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Udo,

nun ja und nein. Also Deine gedachte Wicklung besitzt in der Tat
zwei Widerstände 1.) rein ohmschen Widerstand R der bei einem Strom
die Wirkleistung verursacht und einen induktiven Widerstand XL
der zu einer Blindleistung ohne Verluste führt.

Der Einschaltstrom beträgt im Einschaltmoment nahezu 0A, da
XL gegen unendlich geht. Nach unendlich langer Zeit, ist dann
XL 0 Ohm, so das nur der rein ohmsche Widerstand übrig bleibt,
der dann den maximalen Strom vorgibt.

Und mh, ja also das würde wohl gehen, also eine Induktivität
wird mit einem Strom geladen und dann quasi kurzgeschlossen
(Freilaufdiode), dabei würde der ohmsche Widerstand, dann die ganze
Energie praktisch in Wärme umwandeln. So, das die gesamte
zugeführte Energie in Wärme umgewandelt würde.

Gruß Dodes
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UdoKessler



Anmeldedatum: 10.08.2008
Beiträge: 47

BeitragVerfasst am: Sa Okt 15, 2011 5:54 am    Titel: Antworten mit Zitat

Was wäre denn, wenn die Induktivität nicht per Freilaufdiode kurzgeschlossen wird, das Magnetfeld bricht doch auf jeden Fall sofort zusammen, oder? Wirbelströme?
Und was bedeutet "Blindleistung ohne Verluste"? Keine Wärmeverluste? Eine Leistung, die 100% in eine andere Form (hier ins Magnetfeld) umgesetzt wird?

Der nächste Schritt wäre dann: Gleiches Szenario, aber diesmal wird durch das Magnetfeld ein Eisenstück angezogen, das Magnetfeld wird also nicht ungenutzt gelassen. Wie verhält sich dann der gesamte Vorgang?
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Dodes



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Beiträge: 761
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BeitragVerfasst am: Sa Okt 15, 2011 11:37 am    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Udo,

oh ha das sind geleich ein halbes Dutzend Wünsche auf einmal,
das passt nicht mehr in das bunte Ei rein Wink

Zitat:
Was wäre denn, wenn die Induktivität nicht per Freilaufdiode kurzgeschlossen wird, das Magnetfeld bricht doch auf jeden Fall sofort zusammen, oder? Wirbelströme?


Nun, eine Freilaufdiode würde den Kreiswiderstand niederohmig
halten und einen maximalen Stromfluss ermöglichen. Wenn der
Stromfluss nur unterbrochen wird, ist der Stromkreis quasi hochohmig,
und damit würde die Induktivität eine maximale Spannung verursachen,
weil das zusammenfallende Magnetfeld ja irgendwie die gespeicherte
Energie wieder loswerden will. Die Energie/Arbeit (Ws) des
Feldes, folgt bei der Induktion quasi der Ws=U*I/t Regel, wenn also
der Widerstand klein ist und der Strom damit groß, dann entsteht nur
eine kleine Spannung über eine bestimmte Zeit t. Wird der Widerstand
dagegen sehr groß, dann steigt die Spannung halt äquivalent dazu an,
so das vereinfacht das Produkt aus I*U durch Zeit gleich bleibt Wink
Ein Extremfall sind z.B. Spulen (Induktivitäten) aus Supraleitern,
hier kann ein Strom induziert werden, der ein Feld verursacht und
anschließend wird die supraleitende Spule kurzgeschlossen. Da
der ohmsche Widerstand hier ja 0Ohm beträgt und damit keine Verluste
entstehen können, fließt der Strom halt ewig weiter und die Spule
verhält sich wie ein Permanentmagnet, das Feld bleibt also konstant
und damit wird jetzt die Zeit (t) einfach unendlich groß Wink

Klare Antwort, kann Feld die Energie nicht verbraten, dann bleibt
es einfach bestehen und bricht nicht zusammen Smile

Zitat:
Und was bedeutet "Blindleistung ohne Verluste"? Keine Wärmeverluste? Eine Leistung, die 100% in eine andere Form
(hier ins Magnetfeld) umgesetzt wird?


Ja, im absoluten Idealfall genau das. Die beste Schaltung die mir
hier einfällt, ist einen Parallelschwingkreis höchster Güte aus einer
niederohmigen Spule und Kapazität. Hier wird fortlaufend Energie
mit nahezu 100% Wirkungsgrad zwischen magnetischer und
elektrischer Energie fortlaufend umgewandelt. Würden keine
ohmschen Verluste oder andere bestehen, würde dieser Schwingkreis
ewig auf seiner Resonanzfrquenz schwingen, praktisch hätte man einen
direkten Wechselstrom-Energiespeicher, was übrigens in der Tat
aktuelle erprobt wird Exclamation

Zitat:
Der nächste Schritt wäre dann: Gleiches Szenario, aber diesmal wird durch das Magnetfeld ein Eisenstück angezogen, das Magnetfeld wird also nicht ungenutzt gelassen. Wie verhält sich dann der gesamte Vorgang?


Mh, ja hier wird ja Energie in Form von mechanischer Arbeit (Nm)
verrichtet, sofern das anziehen des Eisenstückes gegen einen gewissen
mechanischen Widerstand erfolgt und damit nach der Formel
W=F(Vektor)Xs(Vektor) oder vereinfacht wenn die Vektorwinkel
0° Differenz besitzen W=F*s, folgt. Wink

Gehen wir davon aus, das Eisenstück würde keine Wirbelstrom-
oder Ummagnetisierungsverluste verursachen, dann ändert sich
bei der Spule während der Annäherung die Induktivität, durch das
Kernmaterial (Eisen) welches eine höhere Permeabilität als die Luft
(Vakuum) besitzt. Handelt es sich bei der Spule um eine Supraleiter-
spule, welche ,,geladen'' wurde und der Strom gegen den Widerstand
0 anläuft, muß der Energieentnahme dadurch Rechnung getragen
werden, das die Feldstärke H absinkt, da der magnetische Fluss B jetzt
durch die gestiegenen Permeabilität zunimmt. Wenn die Feldstärke
H der Spule abnimmt, welche nach der vereinfachten Formel
H=I(Strom)*n(Windungsanzahl/l(Länge) z.B. folgt, wir aber an der
Länge (l) und der Windungszahl (n) nichts verändern, dann kann nur
noch der Strom (I) kleiner werden, damit H wieder passt. Also
sinkt beim anziehen des Eisens, passend zur Energieentnahme,
der Strom (I) in der Spule. Wink

Zieht man den Eisenkern, jetzt wieder gegen die Kraft F aus der Spule,
so wird wieder Arbeit verrichtet, und die Strom (I) in der Spule steigt
wieder auf seinen Ursprungswert an, da die Induktivität der Spule
ja wieder verringert wurde Wink

Alles klar?

Gruß Dodes
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UdoKessler



Anmeldedatum: 10.08.2008
Beiträge: 47

BeitragVerfasst am: Mo Okt 17, 2011 12:25 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Wow! Echt nett von dir, so einen riesen Beitrag zu schreiben, danke!

Ich werde das durchkauen und mich melden, wenn ich noch Probleme damit habe Smile

Und nochmals dankeschön..

Grüße
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UdoKessler



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Beiträge: 47

BeitragVerfasst am: Do Okt 20, 2011 4:19 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

ich habe mir ein paar weitere Gedanken darüber gemacht, dabei sind wieder Fragen entstanden. Ich mach mal Nummern davor, damit die Kommunikation leichter fällt.

Also, wie oben: Spule, Batterie, Eisenstück.

1.) Strom wird angeschaltet, Spule baut Magnetfeld auf. In welcher Form entnimmt das Magnetfeld (MF)
dem Strom Energie? Die einzige Lösung die mir einfällt ist die, daß das MF die Elektronenbewegung abbremst,
ihm also "Bewegungsenergie" entzieht, die Elektronen also kurzzeitig abbremst.

2.) (Falls 1. Korrekt) Dann wäre es so, daß man in diesem Zeitraum (MF-Aufbau) mit einem Amperemeter zwischen Minuspol und Spule einen Strom X sieht,
aber zwischen Spule und Pluspol Y nicht -bzw geringer(Y < X). Ist dies korrekt? Der "fehlende" Y- Strom wird aber, wie oben besprochen, durch Rückinduktion
aus dem abfallenden Magnetfeld wieder Induziert. So weit, so gut.

3.) (Falls 1. korrekt) Gleiche Sache, diesmal wird aber dem Magnetfeld die Energie entzogen, indem damit ein Eisenstück beschleunigt wird.
Also dürfte (ein perfekter Aufbau vorausgesetzt), keine Energie mehr rückinduziert werden, da die MF-Energie umgewandelt/Aufgebraucht wurde.
Wenn dies korrekt ist, dann frage ich mich, was jetzt mit der Batterie ist. Denn ihr wurden vom Minuspol (E-Überschuss) Elektronen entnommen, die aber niemals am
Pluspol ankamen...

Klingt alles evtl. dumm, aber wie kann man das erklären? Oder wie werden den Eletronen sonst Energie entzogen, wenn nicht durch deren Ausbremsung?
Eine wichtige Bitte hätte ich noch: Wie ihr merkt, benutze ich keine Formeln/Mathematik. Das liegt daran, daß ich keine Vorgänge in Formeln ausdrücken
kann und auch umgekehrt, keine Formeln in Vorgänge umdenken kann. Ich würde mich als Formellegastheniker bezeichnen, deshalb bitte -wenn möglich-
nur Erklärungen anhand vorstellbarer Beispiele benutzen...
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Artur_X



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BeitragVerfasst am: Do Okt 20, 2011 5:21 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Tja, ich fand die Vorstellung vom "Elektronengas" immer sehr hilfreich. Gas deswegen, weil die Elektronen sich abstoßen und deshalb "Druck" aufbauen können. Den Druck können wir definieren mit Anzahl Elektronen pro Zentimeter Draht.

Nun ist der Strom im ganzen Draht exakt derselbe. Kann ja nicht sein, dass hinten weniger Elektronen herauskommen, wie vorn hineingegangen sind (sonst hätten wir ja statische Aufladung). Vielmehr ist es so, dass am Minuspol "Druck" aufgebaut wird, der im Lauf der Spule immer mehr abnimmt. Also ganz wie beim Gas.

Diese Analgie ist oft sehr bemerkenswert.


Gruß Artur
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Dodes



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BeitragVerfasst am: Fr Okt 21, 2011 9:13 am    Titel: Antworten mit Zitat

Artur_X hat Folgendes geschrieben:
Vielmehr ist es so, dass am Minuspol "Druck" aufgebaut wird, der im Lauf der Spule immer mehr abnimmt. Also ganz wie beim Gas.
Diese Analgie ist oft sehr bemerkenswert.


Bei Deiner Analogie, dürfen auf einer Seite der Spule bereits
Gasteilchen eintrömen, während am anderen Ende, noch nichts
rauskommt. Damit hättest Du ja eine Stromdifferenz im Draht,
bzw eine Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgang.
Interessanter weise, ist das aber grade nicht der Fall, wir haben
eine Induktivität aus einer Reihenschaltung vieler Induktivitäten
aufgebaut und dann die Phasenlage der Elektronen an den Anschluß-
punkten analysiert. Am Strom, konnten wir keine Phasendifferenz
feststellen, die Elektronen wandern synchron an jedem Punkt
der Leitung.

Gruß Dodes Wink
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