(ET3-24) Elektrische Energie und Ohm’sche Widerstände

In diesem Kurstext stellen wir dir den Zusammenhang zwischen der Elektrischen Energie und den Ohm’schen Widerständen vor. Der Zusammenhang von Energie und Widerstand ist wichtig für dein Verständnis zur Elektrotechnik.

Für ein optimales Verständnis helfen dir drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET3-Netzwerkberechnung

In diesem Zusammenhang betrachten wir auch die Umwandlung in Wärmeenergie und die Verbindung zum Ohm’schen-Gesetz.

Zusammenhang – Elektrische Energie & Widerstände

Merk’s dir!

Stellen wir uns nun einen Stromkreis vor in welchem sich ausschließlich Ohm’sche Widerstände befinden, dann wird die elektrische Energie in diesen gänzlich in Wärmeenergie umgewandelt.

Zusammenhang - Elektrische Energie & Widerstände — Zusammenhang – Elektrische Energie & Widerstände

Beginnen diese Widerstände infolge der elektrischen Energie zusätzlich zu glühen, wie bei der Glühbirne, so wird ein Teil dieser elektrischen Energie in Strahlungsenergie umgewandelt.

Merk’s dir!

Diese Strahlungsenergie liegt im für den Menschen sichtbaren Spektrum und ist dir unter dem Begriff Licht bekannt.

Es gilt immer…

Egal ein welchen Anteilen sich die elektrische Energie in andere Energieformen wandelt, in Summe muss diese nach dem Satz der Erhaltung konstant bleiben.

Energie kann nicht erschaffen und nicht zerstört werden. Nur eine Umwandlung ist möglich.

Irgendwas stimmt hier nicht…

Du hast nicht Unrecht, wenn du jetzt sagst: Hey! Moment mal. Bei energiewandelnden Bauelementen im Stromkreis spricht man doch auch von Erzeugern und Verbrauchern.

Korrekt! Um diesen Widerspruch aufzuheben, sollte man die beiden Begriffe Erzeuger und Verbraucher immer nur spannungsbezogen, aber nicht leistungsbezogen verwenden.

Zusammenhang – Elektrische Energie trifft Ohm’sches Gesetz

Ohm'sches Gesetz - Calculator - Rechenschieber — Ohm’sches Gesetz – Calculator – Rechenschieber

Wir haben bereits eine Gleichung für die Elektrische Verlust formuliert:

$W_{V} = I \cdot U \cdot t$

Und wir kennen auch die Gleichung für das Ohm’sche Gesetz auf gelöst nach Spannung und Strom :

$U = I \cdot R$

sowie

$I = \frac{U}{R}$

Diese Strom-Spannungs-Beziehung am Ohm’schen Widerstand setzen wir in die Gleichung für die Berechnung der elektrischen Verlust ein.

Somit können wir die in einem Widerstand $R$ in Wärme umgesetzte elektrische Energie berechnen:

$W = I^2 \cdot R \cdot t$

sowie

$W = \frac{U^2}{R} \cdot t$

Liegt eine zeitliche Änderung der elektrischen Stromstärke oder der elektrischen Spannung vor, so müssen die Gleichungen dahingehend angepasst werden, dass die Momentanwerte integriert werden:

$W = R \int i^2 dt$

sowie

$W = ( \frac{1}{R}) \int u^2 dt$

Merk’s dir!

In manchen Büchern findest du den Begriff Stromwärme. Er steht für diesen Vorgang, bei dem elektrische Energie eine Wärmemenge hervorruft.

Leiter mit Stromwärme

Es existieren verschiedene Widerstandsmaterialien sowie Leitermaterialien für die sich die Stromwärme bestimmen lassen:

Mangan

sowie

Konstantan

sowie

Kupfer

aber auch

Aluminium

außerdem

viele weitere Werkstoffe.

Was kommt als Nächstes?

Nachdem du jetzt die Elektrische Energie kennst, soll die Elektrische Leistung Thema der nachfolgenden Kurstexte sein.

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