Skript zur Vorlesung Physik Teil 1 (Sommersemester) und Teil 2 ...

Skript zur Vorlesung Physik 1 und Physik 2 Seite 152
Prof. Dr. P. Kaul, Fachbereich Biologie Chemie und Werkstofftechnik,
Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg
In Spannungsquellen wird an Ladungsträgern eine Arbeit verrichtet, wodurch sie auf ein höheres Potential
gehoben werden. Diese Arbeit kann z.B. eine chemische Arbeit in Batterien oder Akkus, mechanische Ar-
beit z.B. in Generatoren oder Arbeit aufgrund von Lichteinwirkung z.B. in der Solarzelle sein.
Die Spannung, die sich ohne Stromfluss einstellt wird Quellenspannung bezeichnet
Symbole:
Ideale Spannungsquelle:
Widerstand:
Reale Spannungsquellen:
Φa
-
R
UQ
+
-
U0
R
- +
R
Die Verbindungslinien bedeuten eine widerstandslose Verbindung.
Wird ein Verbraucher an eine Spannungsquelle angeschlossen, so liegt über dem
Verbraucher die Spannung der Spannungsquelle, im Idealfall also die Quellenspan-
nung. Falls der Verbraucher ein Ohmscher Widerstand ist, stellt sich ein elektrischer
Strom ein, der von der Spannungsquelle geliefert wird und der durch den Widerstand
fließt. Im Idealfall bleibt die Quellenspannung erhalten und es kann beliebig viel
Strom aus der Spannungsquelle entnommen werden.
Bei realen Spannungsquellen wird eine Abhängigkeit der Ausgangsspan-
nung vom Strom beobachtet: Je höher der Strom, desto geringer wird die
Ausgangsspannung der Spannungsquelle. Der Grund ist in dem Innenwi-
derstand der Spannungsquelle zu sehen:
Der sich einstellende Strom wird begrenzt durch den Innenwiderstand und
durch den Lastwiderstand. Die Potentialdifferenz, die durch die Quellen-
spannung UQ erzeugt wird, wird gemindert durch
Φ
a
⇒ U
= Φ
0
b
= Φ
+ U
a
Q
− Φ
−I
⋅R
b
i
= U
Q
−I
⋅R
U0 wird als Klemmspannung der Batterie bezeichnet. Sie ist um den Betrag kleiner als die Quellenspan-
nung, der aufgrund des Innenwiderstandes das Potential durch Umwandlung von Energie in Joulsche Wär-
me erniedrigt.
UQ
+
7.4.2 Kirchhoffsche Regeln
I
Φb
I
Ri
i