Wozu Innenwiderstand bei Spannungsquellen?
Hallo ich frage mich gerade, warum eine Spannungsquelle einen Innenwiderstand hat. Nach längerem Suchen habe ich leider keine kurze knackige verständliche Antwort auf die Frage gefunden. Deshalb wäre mir euer RAT sehr wichtig.
9 Antworten
Es gibt keine reale Spannungsquelle, die keinen Innenwidwrstand hat. Jede Spannungsquelle besteht aus diversen Materialen, z. B. Kupferleitungen in einem Generator oder Trafo bzw. chemische Substanzen in einer Batterie, die einen bestimmten Widerstand haben, darum kommt man nicht herum.
Die Frage nach dem "Warum" hat hier schon einige Teilnehmer der Diskussion extrem elektrisiert. Hast du die Frage philosophisch gemeint, oder wolltest du nur etwas zur realen Welt erfahren? Erstmal: eine Spannungsquelle hat nach Definition niemals einen "Innenwiderstand", sie liefert konstante Spannung. Änlich einer Stromquelle, sie liefert konstanten Strom. In der uns umgebenden realen Welt ist es so, dass man einer Stromquelle Strom entnimmt und bemerkt, je mehr Strom man herausnimmt, desto weniger wird die Spannung. Diesen Effekt fasst man durch einen "Innenwiderstand" ein. Wenn ich also messe: 5 Volt, 10 A und dann mache ich eine andere Belastung mit 20 Ampere und stelle fest, es gibt nur noch 4,9 Volt: Dann denke ich mir einen Innenwiderstand von R = U / I : Also R = 0,1 V / 20 A --> 0,005 Ohm. An diesem Innenwiderstand fällt die Spannung von 0,1 Volt ab. So dass aussen an der Stromquelle diese Werte messsbar sind: 4,9 Volt und 20 Ampere.
Der Innenwiderstand ist so klein, dass er in der Praxis vernachlässigbar ist.
Er muss aber dazu, weil es keine ideale Spannungsquelle gibt. Wenn du diese einfach kurzschließen würdest, müsste ja sonst ein unendlich hoher Strom fließen. Das kann nicht sein, deshalb muss es einen Innenwiderstand geben. Und der ist eben berechenbar. Wenn du jetzt z.B. eine Batterie als Spannungsquelle nutzt, dann wäre diese, einmal kurzgeschlossen, sofort leer. Das ist natürlich quatsch, weil darin eine chemische Reaktion abläuft, die ihre Zeit braucht, um vollständig über die Bühne zu gehen. Modelliert wird dieses im Schaltplan dann mit einem Innenwiderstand, der den Stromfluss begrenzt und damit die Entladung verzögert.
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Das ist eben Physik. Der Innenwiderstand ist natürlich alles andere als gewollt.
In einer Batterie zum Beispiel reagieren Chemikalien um einen Elektronenüberschuss und einen Elektronenmangel in den Batteriepolen zu erzeugen. Und das können die Chemikalien nicht unendlich schnell. Versucht man zu viel Strom zu ziehen, kommt die Batterie nicht hinterher und die Spannung bricht zusammen.
AUch bei einem Netzteil kann nur eine begrenzte Menge an Leistung durch geschleust werden. Wird das Netzteil überlastet, geht auch hier die Spannung runter. AUch verstellt sich die Ausgangsspannung minimal mit der Strombelastung, eine perfekte Regelung kann es nicht geben.
Am einfachsten beschreibt man diese Effekte durch einen kleinen WIderstand den man in Reihe zu einer idealen, also unendlich stark belastbaren Quelle denkt. Der Widerstand macht eine theoretische ideale Spannungsquelle die es niemals geben kann annähernd zu einer realen. So kann man das Modell "iedeale Spannungsquelle + Innenwiderstand" dazu benutzen die Vorgänge von realen Spannungsquellen zu beschreiben und das Verhalten zu berechnen.
Weil jeder Leiter (außer Supraleitern) einen el. Widerstand hat.