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Fragen im Themenbereich "Physik → Elektrizität → Ohm’sches Gesetz"

    Reihenschaltung Glühlampe
    Hamida
    8.08.17, 14:21:41
    Eine Glühlampe mit Widerstand R(l) und ein Potentiometer mit regelbarem Widerstand R(e) sind in Reihe an eine Spannungsquelle U(o) geschaltet. Nun wird der Widerstand des Potentiometers erhöht, während U(o) festgehalten wird. Der Widerstand der Lampe bleibt konstant.
    Wie verhalten sich U, R, P und I im Stromkreis?

    Richtige Antwort: Die an der Lampe anliegende Spannung wird kleiner.

    Warum ist das so??

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    ALi
    8.08.17, 16:09:13
    0Hallo Hamida,

    man kann es so betrachten, dass an jedem Widerstand der Reihe eine bestimmte Spannung "abfällt". Die Summe dieser Spannungsabfälle ergibt U0 (vgl. 2. Kirchhoff'sche Regel), und sie entsprechen dem Verhältnis der Widerstände zueinander. Wird also ein Widerstand größer, bei unveränderter U0, fällt an diesem Widerstand eine größere Spannung ab, sodass für die anderen Widerstände weniger übrig bleibt.

    Ausführlichere Hintergrundinformationen finden sich in den meisten einschlägigen Lehrbüchern.

    Viele Grüße

    ALi

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    LED = Glühbirne?
    Kargu
    8.02.17, 09:27:21
    Hallo,

    ich habe irgendwo gelesen, dass man das Ohm'sche Gesetz in Stromkreisen mit einer LED nicht so anwenden kann wie bei einer Glühbirne (die es heute aber fast gar nicht mehr gibt?!). Was ist der Unterschied?

    Dank dun Gruß, Kargu

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    ALi
    8.02.17, 10:26:33
    2Hallo Kargu,

    die Lichterzeugung in einer LED unterscheidet sich physikalisch grundlegend von einer Glühbirne. Eine Glühbirne besteht letztlich "nur" aus einem (Widerstands)draht, an dem so viel Spannung abfällt und damit (Wärme-)Energie freigesetzt wird, dass er zu glühen und damit zu leuchten beginnt. Bei LEDs emittieren bestimmte Halbleiter Licht mit ganz bestimmten Wellenlängen, d. h. genau definierten Farben, theoretisch ohne dass es nennenswert warm wird. LEDs ähneln daher eher einem Computerchip als einem Widerstand.

    LEDs "entnehmen" einen exakten Spannungswert in Abhängigkeit vom in ihnen verwendeten Halbleiter. Dieser Spannungswert ist immer gleich hoch, egal, was sonst noch im Stromkreis los ist und welche Spannung anliegt (mit anderen Worten: der Spannungsabfall ist konstant). Sie sind daher keine "Ohm'schen Verbraucher".
    Weiße und blaue LEDs entnehmen typischerweise 3,4 Volt, die meisten anderen Farben weniger. (Weiße LEDs sind eigentlich blaue, -> Physik-Nobelpreis 2014, bei denen ein Fluoreszenzfarbstoff, den man als gelborangen Fleck in der ausgeschalteten LED sehen kann, einen Teil des blauen Lichtes in andere Farben umwandelt, sodass ein weißer Eindruck entsteht.)

    Ein typisches Anwendungsbeispiel für das Ohm'sche Gesetz bei LEDs ist daher, den in Reihe geschalteten Vorwiderstand zu berechnen, der verhindert, dass die LED durch einen zu hohen Stromfluss zerstört wird. Eine typische kleine LED verkraftet 20 mA, sodass die Frage dann ist: "Welcher Vorwiderstand wird benötigt, um eine LED mit einer Vorwärtsspannung [so nennt man die beschriebene Spannungsentnahme] von 3,4 V mit 20 mA an einer Spannungsquelle mit 5 V zu betreiben?"
    Rechnung: 5 V - 3,4 V = 1,6 V, die verbleiben, nachdem die LED sich an der Spannung "bedient" hat. Mit R=U:I ergeben sich für den Vorwiderstand R = 1,6 V : 20 mA = 80 Ohm

    Oder: "Wie viele blaue LEDs (Spannungsabfall 3,4 V) können an einer 12-V-Spannungsquelle maximal in Reihe betrieben werden?"
    Rechnung: 12 V : 3,4 V = 3,5, d. h. es ist genug Spannung für 3 LEDs da (dadurch verbleiben 12 V - 3*3,4 V = 1,8 V, um über einen Vorwiderstand die Stromstärke einzustellen).

    Viele Grüße

    ALi

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     ... aber LED-Lampen werden am Gehäuse auch ziemlich warm ...?

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    PhipsG
    8.02.17, 11:01:04
     Ja, aber diese Wärme entsteht quasi "sekundär": Zunächst wird fast alle Energie in Licht umgewandelt. Wegen Totalreflektion und Absorption kann aber nicht alles Licht die LED verlassen und wandelt sich dadurch in Wärme um. Je besser die LED konstruiert ist, desto weniger Licht bleibt in der LED, desto weniger erwärmt sie sich und desto besser wird die Lichtausbeute pro elektrischer Leistung.

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    ALi
    8.02.17, 12:22:27

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