Glühlampe keine direkte Proportionalität zwischen U und I, bei einer Spule schon?
Bei einer Glühlampe herrscht keine direkte Proportionalität zwischen der Spannung und dem Strom, da bei größer werdender Spannung und Stromstärke die Temperatur steigt und sich somit der Widerstand vergrößert. Der Widerstand variiert also.
Bei einer Spule herrscht direkte Proportionalität, aber wieso..? Eine Glühwendel, die ja wie eine Spule aus mehreren Windungen besteht, erhitzt doch aus sehr schnell sehr stark ..? Wieso herrscht dennoch direkte Proportionalität?
6 Antworten
Eine Glühwendel ist nicht einfach so ein Draht wie der einer Spule sondern ein Kaltleiter. Im kalten Zustand erwärmt er sich durch den Stromfluß stark und beginnt zu glühen. Je Wärmer er wird, umso höher ist sein Widerstand. Bei der Spule ist das nicht so weil sie, wie gesagt, einen Draht hat. Dieser reagiert zwar auch auf Wärme aber weitaus weniger. Bei der Glühbirne ist das ja ein extra gewünschter Effekt!
Vielleicht verstehtst Du jetz auch, warum die meisten Glühbirnen beim Einschalten kaputt gehen: Ein beschädigter Draht stirbt durch den sehr viel höheren Einschaltstrom. Hat der Draht das Einschalten überlebt, wird er hochohmig in der Strom sinkt... dann brennt die Birne i.d.R. auch nicht mehr durch weil sie ja schon die "Feuerprobe" des Einschaltens überlebt hat!
Mfg
Danke für's Kompliment!
Wir müssen jetzt unterscheiden: Spule an Gleichspannung und Spule an Wechselspannung. In Deinem Fall wird es sich wohl um Gleichspannung handeln. So ganz direkt wird es zwar nicht werden weil die Spule beim Anlegen einer Gleichspannung erst mal ihr Magnetfeld aufbaut und der Strom daher erst mal gebremst wird. Oder blidlich gesprochen: Es ist wie ein Schlauch, an dem unten ein kleines Gefäß dranhängt: Erst mal läuft kurz das Wasser in den Behälter (Magnetfeld), bis dieser voll ist... danach läuft es wieder weiter (Strom). Im Physikunterricht spricht man davon, daß das Magnetfeld versucht, seiner Ursache entgegenzuwirken. Steht das Magnetfeld, verhält sich die Spule wie ein ganz normaler ohmerscher Widerstand. Dieser Widerstand ist der Widerstand des Kupferdrahts, den Du unter Zuhilfenahme des spezifischen Leitwerts, des Durchmessers und der Länge des Kupferdrahts berechnen kannst.
Zur Grühbirne: Da ist das Material schon ganz anders. Schüttelst Du eine Glühbirne, siehst Du auch wie die Glühfäden wackeln... sie sind also sehr dünn. Trotzdem sind sie aber für hohe Temperaturen so ausgelegt, daß sie sehr hell glühen, dabei aber nicht durchbrennen. ... natürlich sind sie irgend wann mal verbraucht und dann brennt die Birne durch. Aber Kupfer würde eher rot und mit wenig emmitierender Helligkeit glühen... bevor es durchbrennt.
Bisher habe ich diesen Vergleich zwar noch nicht gezogen aber wenn ich es mir so überlege, dann ähnelt der Einschaltmoment einer Glühbirne in etwa der eines Kondensators an Gleichspannung: Zuerst fließt bei beiden ein sehr hoher Strom, der dann schnell geringer wird. Beim Kondensator deshalb weil er sich lädt und bei der Glühbirne deshalb, weil die Wendel heiß wird. Nach dem Einschaltmoment sinkt der Strom beim Kondensator allerdings auf 0 ab wohingegen bei der Glühbirne der Strom dann bis auf den Nennstrom absinkt und dort so bleibt.
Mfg
Ich hab jetzt noch nicht meine Frage ganz beantwortet bekommen (oder vielleicht doch?:D) Ich hab ja Ähnlichkeiten zwischen Spule und Glühwendel aufgrund der Form gesehen, ist die nun vergleichbar? Wenn sie vergleichbar wäre, liegt es also nur an den Stoff der verwendet wird?
Das schon aber es kommt auf die Anzahl der Windungen und des Kerns an, die die Induktivität bestimmen. Die Glühbirne ist bauartbedingt auf das Leuchten ausgelegt, nicht auf Induktivität. Deshalb ist sie auch aus einem anderen Material hergestellt.
Es gibt keine Spule, welche sich auf 2000 K erwärmt. Der Temperaturunterschied ist bei einer Glühlampe viel größer!
Weil ein glühfaden exponentiel mehr sichtbares licht bei linear steigender Temperatur abgibt. Darum versucht man bei Glühbirnen das Maximum an Temperatur heruszukitzeln 1500 grad bei einer normalen Glühbirne. 2000 bei einer Halogenlampe. Möglich sind die 2000 grad nur durch einen extremen Überdruck in der Birne derder verdampfung des Glühfadens entgegen wirkt dazu das halogen, dass die abgedampften wolframatome binden und am Glühfaden wieder abscheiden kann. 2000grad hat den doppelten Wirkungsgrad gegenüber 1500 grad
P.S. aber bei einem Glühfaden hat man keine Wahl, man kann nur Wolfram nehmen, da kein anderes metall diese Hitze aushält, einzige Alternative ist ein Glühfaden aus Kohlenstoff wie ihn die ersten Glühbirnen hatten. Der ist aber extrem erschütterungsempfindlich und wird nicht mehr verwendet. Es gibt oder gab noch eine Alternative: die "nerns-tlampe" sie hat einen keramischen glühkörper, der ohne glashülle auskommt, aber erst bei 800-1000grad leitfähig wird und darum vorgeheizt werden muss. Auch diese Technik wird nicht mehr verwendet.
Hm. Da braucht es ein paar Erklärungen und Korrekturen:
- Eine Spule ist nur dann Proportional WENN sie sich nicht erwärmt, also ideal ist. Ein Trafo bei einem Ladegerät erwärmt sich ein wenig, große haben sogar Ölkühlung. Die Erwärmung ist aber ein ungewollter Nebeneffekt wirkt sich aber doch auf die Leistung erheblich aus, mehrer Prozent auch wenn es eine gut gebaute Spule ist.
- Bei einer Glühlampe ist das Licht der gewünschte Effekt. Da eine Lampe die 100W verbraucht aber dabei nicht mehr als 300° erreicht kein Licht hergibt hätte es 100% Verlust(wärme). Daher wird der Glühdraht auf ca 2300° Celsius gebracht und alles was diese Temperatur erreicht strahlt beinahe weiß. Aber trotzdem bleibt ein Verlust von ca 80% wenn man die Heizfunktion nicht wünscht. Die Glühfäden sind häfig, vor allem für stärke Lampen auch gedreht um die Lichtemittierende Oberfläche zu erhöhen
- In beiden obigen Fällen wird der Widerstand erhöht und somit die Linearität beeinflusst. Der Temperatorkoeffizient ist dabei sehr ähnlich. 0,0044 bei Wolfram und 0,00393 bei Kupfer. Ist nun die Erwärmung einer Spule zB 20 Grad dann ist die Änderung auf das 0,0785 fache, also 7,8%. Bei 2300° sind es aber 10,12fache Werte oder auf 1012% Daher ist die Spule relativ Linear
Es bleiben mir noch Fragen offen und zwar:
Ich hab ja Ähnlichkeiten zwischen Spule und Glühwendel aufgrund der Form gesehen, sind beide nun vergleichbar? Wenn sie vergleichbar wären, liegt es also nur an den Stoff der verwendet wird?
Ich weiß nicht ob ich dich richtig verstehe aber ich versuche es.
Bei der Glühlampe ist es völlig egal ob eine Spulenform, ein Zickzack oder ein langer gerader Draht verwendet wird. Siehe zB die längliche Sofittenlampe. Für die Lichtausbeute ist lediglich Temperatur und die Oberfläche ausschlaggebend.
Anders ist es bei der Spule, da ist zwingend die Spulenform notwendig. Denk an den Trafo: Eingangsspannung zur Ausgangsspannung = Primär- zu Sekundärwicklung, da zählt jede Windung
Habe ich die Frage richtig verstanden?
Sobald sich die Spule nennenswert erwärmt, gilt das gleiche wie für die Glühbirne. Darum sind heizwendeln, zb in einem Fön aus "Konstantan" einer Legierung, die Ihre widerstand bei Temperatur Änderung kaum verändert, daher der Name
Aber der Sinn einer Glühwendel ist doch, dass sie sich schnell erhitzt oder?
Ne, die aufheizzeit hat selten technische Bedeutung. Wichtiger ist eine hohe wärmeabgabe bei Betriebstemperatur. Darum ist es ja sinnvoll dass der widestand auch bei hohen temp niedrig bleibt.
Eine Spule heizt sich also nicht stark auf?
Bei einer anderen Aufgabe steht nämlich folgendes (In Bezug auf Glühwendel und einem einfachen Draht):
"Beim gewickelten Teil des Drahtes wird die abgestrahlte Energie einer Windung von der benachbarten Windung teilweise wieder absorbiert, so dass sich die Windungen gegenseitig heizen. Beim geraden Drahtstück hingegen wird die Wärme in die umgebende Luft abgestrahlt. Dadurch hat die Drahtwendel gegenüber dem geraden Drahtstück einen geringeren Wärmeverlust und somit bei gleicher Stromstärke eine höhere Temperatur, so dass sie bei niedrigen Strömen zu glühen beginnt als der gerade Teil des Drahte"
Das steht doch im Widerspruch zu deiner Aussage?
Das ist nur darum wichtig, damit die Anschlüsse am glühfaden nicht schmelzen. Man müsste sonst den Draht an den Enden dicker machen was technisch ungünstig ist. Außerdem hat eine wendel die grössere oberfläche, was wichtig ist um viel licht zu erhalten. Frühe lampen hatten einen bis zu zwanzig mal im Zickzack gespannten Glühfaden um genug leuchtende fläche zu erhalten. Und die anschlussklemmen waren aus gründen der kühlung als flache metallplättchen ausgeführt,dazu ist in einer modernen birne kein platz
Und den Widerspruch musst du mir genauer erklären, ich sehe ihn nich
Glühwendeln sind (außerhalb von glühbirnen) deswegen gewickelt, damit sie (zb im fön) eine grosse oberfläche haben. Die luft strömt zwischen den Windungen durch die und erwärmt sich. Die gegenseitige aufheizung benachbarter Windungen geschieht dagegen durch Wärmestrahlung, die von der luft nicht weggeblasen wird. Es geht so oder so immer um ene Vergrößerungen der Oberfläche bzw, darum einen längeren draht auf kleinerem raum zu haben. Die wendel hat also ein paar Vorteile, aber theoretisch geht immer auch ein gerader draht.
Eine Glühwendel ist doch im Prinzip eine Spule und da werden die Windungen dazu genutzt dass die Glühwendel sich stark erhitzt. Der letzte Satz:
"Dadurch hat die Drahtwendel gegenüber dem geraden Drahtstück einen geringeren Wärmeverlust und somit bei gleicher Stromstärke eine höhere Temperatur, so dass sie bei niedrigen Strömen zu glühen beginnt als der gerade Teil des Drahte"
D.h. doch dass eine Spule schon bei geringen Strömen sich stark erhitzt?
Ja, kurze Aufheizzeit ist wichtig sonst fliegen die Sicherungen.
Eine Spule ist nicht dafür gedacht dass sie sich erhitzt, sie ist ja eng gewickelt und das würde zu Kurzschlüssen führen, darum wählt ma nbei einer spule die drahtdicke und den max Strom so, dass sie nicht mehr als lauwarm wird. Eine Spule ist ein elektronisches Bauteil, das induktivität haben soll, ein Glühfaden SOLL ja möglichst heiß werden, sein Einsatzzweck ist ein völlig anderer. Die Aussage wo eine Spule geht, geht, bei richtiger Abmessung auch ein Draht, gilt trotzdem immer. Besser spät als nie
Zu der bisherigen Diskussion folgende Klarstellung.
Die Drähte in Glühlampen werden absichtlich besonders dünn gemacht, damit sie sich bei Stromfluss stark erhitzen.
Bei den üblichen Induktionsspulen ist der Draht möglichst dick, damit sich die Spule durch den Stromfluss kaum erwärmt. Deshalb behält sie in gewissen Grenzen ihren Ohmschen Widerstand bei Gleichstrom bei. Wenn Wechselstrom fliesst, kommt noch der frequenzabhängige induktive Widerstand hinzu.
Es bleiben mir noch Fragen offen und zwar:
Ich hab ja Ähnlichkeiten zwischen Spule und Glühwendel aufgrund der Form gesehen, sind beide nun vergleichbar? Wenn sie vergleichbar wären, liegt es also nur an den Stoff der verwendet wird?
Es liegt hauptsächlich an der Dicke des Drahtes und 2. an der Leitfähigkeit, also Kupfer bzw. Wolfram.
Ach ok also Glühwendel und Spule sind gar nicht gleichzusetzen. Liegt das an dem verwendeten Stoff, dass beide nicht gleichzusetzen sind (kaltleiter <---> Metall), oder ist eine Glühwendel geometrisch nicht wie eine spule aufgebaut (optisch sehen beide sich ja sehr ähnlich)?
Noch eine Frage: Wieso gilt jetzt direkte Proportionalität bei einer Spule? Ist das so weil aufgrund der Oberflächenvergrößerung, die durch die vielen Windungen zustande kommt, der Widerstand kleiner wird und dementsprechend Strom und Spannung nicht so schnell steigen? Oder ist das jetzt eine falsche Analogie? :D