(ET3-08) Zweipoltheorie – Einfach gut erklärt

Inhaltsverzeichnis

In diesem Kurstext erklären wir dir als angehenden Techniker aus die Zweipoltheorie auszeichnet und wie du mit dieser Größen in der Elektrotechnik bestimmen kannst.

 

 

Merk's dir!

“Die Zweipoltheorie befasst sich mit der theoretischen Betrachtung sowie der Berechnung von Zweipolen in Netzwerken.”

 

Zweipoltheorie - Anschlüsse
Zweipoltheorie – Anschlüsse

 


Zweipoltheorie – Was ist ein Zweipol?


 

Merk's dir!
Merk's dir!

Ein Zweipol ist ganz einfach gesprochen nicht mehr als eine Anordnung von Schaltelementen, die sich zwischen zwei Klemmen (Anschlüssen) befindet.

 

Anders ausgedrückt:
Können Erzeuger und Verbraucher über nur zwei Klemmen (Anschlüsse) erreicht werden, so spricht der Techniker von einem Zweipol.

 

undefiniert
Kurzer Ausflug in die Wechselstromtechnik

Je nach Klemmenverhalten lassen sich Zweipole unterscheiden, sofern eine sinusförmige Wechselspannung vorliegt.


Resistive Zweipole: Der elektrische Strom verhält sich proportional zur elektrischen Spannung, beide sind stets in Phase.

Induktive Zweipole: Hier ist die Spannung proportional zur zeitlichen Änderung des Stroms. Damit eilt die Spannung dem Strom voraus.

Kapazitive Zweipole: Hier ist der Strom proportional zur zeitlichen Änderung der Spannung. Somit eilt der Strom der Spannung voraus.

 


Zweipoltheorie – Arten von Zweipolen


Dabei unterscheiden wir in der Gleichstromtechnik immer ob es sich um einen passiven oder einen aktiven Zweipol handelt.

 


Passiver Zweipol:


Liegt ein passiver Zweipol vor, so hat dieser zwischen seinen Klemmen keine Spannungsquellen, sondern lediglich Widerstände vorliegen.

 

Die Widerstände wirken passiv, denn sie nehmen elektrische Energie auf und wandeln sie in andere Energieformen um. So gibt beispielsweise eine elektrische Heizung Energie in Form von Wärme an die Umgebung ab.

Schaltet man hier mehrere Widerstände zusammen so können wir diese durch einen einzelnen Widerstand ersetzen, welcher das gleiche Verhältnis \frac{U}{I} besitzt, wie der passive Zweipol.

 

Zu besseren Verständnis schaue dir nun die nächste Abbildung an:

Zwischen den Klemmen A und B liegt ein passiver Zweipol aus einer gemischten Schaltung von Widerständen vor.

Wir können nun den Zweipol durch einen Ersatzwiderstand R_{ers} austauschen. Diese Umwandlung findest du in der nächsten in der Abbildung:

Der Ersatzwiderstand muss folgerichtig gleich dem Gesamtwiderstand der gemischten Schaltung entsprechen:

 \boxed{ R_{ers} = R_a = R_{ges}}

 


Aktiver Zweipol


Ein aktiver Zweipol liegt vor, wenn mindestens eine Quellenspannung zwischen den Klemmen A und B existiert, welche elektrische Energie abgibt. Auch eine Schaltung aus mehreren Widerständen und mehreren Quellenspannungen bezeichnet man als aktiven Zweipol.


An den Klemmen liegt eine Klemmenspannung vor.

Die Quellenspannungen wirken aktiv, denn sie geben elektrische Energie ab, die im Vorfeld aus anderen Energieformen umgewandelt wurde. So wandelt beispielsweise ein Generator mechanische in elektrische Energie um.

 

Auch für einen derartigen Zweipol kann der Techniker auch eine Ersatzschaltung angeben.

Dabei unterscheidet er zwischen der Spannungsquellenersatzschaltung und der Stromquellenersatzschaltung.

Bei Varianten stellen wir dir in den kommenden beiden Texten vor.

 

undefiniert
Na, schummelt da Jemand?...

Der Zweipol entspricht nicht ganz der Realität, denn es wird davon ausgegangen, dass der Strom ohne zeitlichen Verzug in den Zweipol über eine Klemme (A) fließt, von dieser (A) hin zur anderen Klemme (B) fließt und danach den Zweipol wieder verlässt über die zweite Klemme (B) verlässt.

Obwohl diese Annahmen nicht gänzlich korrekt sind, erlaubt dieses Modell im Vergleich doch eine einfache mathematische Beschreibung von komplexen Stromkreisläufen.

 

Das führt dann auch dazu, dass die Berechnungen vor uns vereinfacht werden.

 


Zweipoltheorie – Besondere Elemente als Zweipole


 

Merk's dir!
Merk's dir!

Es gibt Beispiele für Elemente, die sowohl als passiver wie auch aktiver Zweipol funktionieren.  

Akkumulator
→ beim Laden → passiver Zweipol
→ beim Entladen → aktiver Zweipol

Bauelemente mit gleichen Eigenschaften sind

Spulen,

sowie

Kondensatoren.

 

wie gehts weiter?
Nachdem wir jetzt ausreichend über die Zweipoltheorie gesprochen haben, stellen wir dir im nächsten Kurstext ausführlich die Spannungsquellenersatzschaltung vor.

 

Trainingsbereich

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