Wohnmobilelektrik, Strom im Reisemobil

Spannung, Strom, Widerstand und Leistung

Was ist Spannung, Strom, Widerstand und Leistung?

Stellen wir uns das ganze einfach als Wasser vor. Es ist unglaublich wie man selbst komplexe Schaltungen als Wasserkreislauf erklären kann.

STROM:
Dann ist Strom die Menge Wasser, die fließt. Es gibt Flüsse, die fließen ganz langsam. 
Da sie aber sehr breit sind transportieren Sie viel Wasser. So ist das beim Strom auch. Je mehr Strom fließt, desto dicker muss das Kabel sein, damit er auch durchkommt. Strom ist also eine Mengenangabe. Es gibt nur an, wie viel Strom fließt, mit Leistung hat das nichts zu tun. Man misst ihn in Ampere, auch A genannt.

SPANNUNG:
Spannung ist der Wasserdruck. Ihr kennt das sicher. Es gibt kleine Dorfbrunnen aus denen kaum Wasser raus kommt. Trotzdem kann man sie nicht zuhalten, weil der Wasserdruck sehr hoch ist. Bei der Spannung ist das genau gleich. Große Spannungen (Blitze) können große Wege überwinden, kleine Spannungen kommen nicht weit. Spannung ist somit eine Angabe des elektrischen „Druckes“. Er wird in Volt, auch V angegeben.

WIDERSTAND:
Widerstand ist wie ein Wasserschlauch. Je dünner der Schlauch, desto mehr Wasserdruck braucht man, damit hinten noch was raus kommt. Dicke Schläuche=wenig Widerstand, dünne Schläuche=viel Widerstand. In der Elektrik ist das genau gleich: Dünne Kabel haben einen höheren Widerstand wie dicke Kabel. 
Der Widerstand wird in Ohm angegeben.

Was ist dann LEISTUNG:
Ein kleiner, aber sehr schnell fließender Bach hat die gleiche Leistung wie ein langsam aber breit fließender Bach. Aus beiden kommt die gleiche Leistung raus, wenn man ein Wasserkraftwerk einbauen würde. Beim kleinen Bach wäre das ein kleines Wasserrad, das sich aber sehr schnell dreht. Beim großen Bach ein großen Wasserrad, das sich zwar langsam, dafür aber sehr kraftvoll dreht.
So ist es beim Strom auch!
12Volt Spannung und 2Ampere Strom ist die gleiche Leistung wie 24Volt Spannung und 1Ampere Strom.

Darum ist es auch Blödsinn, wenn in der Werbung eine Akkubohrmaschine wie folgt beworben wird:
„18V statt 12V Akku. Also mehr Leistung“ Blödsinn!
Es kommt doch auch darauf an, wie viel Strom die Bohrmaschine braucht!



Warum eine normale Glühbirne bei 14V viel mehr Leistung verbraucht wie bei 12V?
Denken wir mal wieder an das Wasser:
Du hast einen dicken Gartenschlauch, weil du wenig Wasserdruck hast. Wenn du plötzlich mehr Wasserdruck vom Wasserwerk bekommen würdest, dann käme auch viel mehr Wasser raus.

Nehmen wir mal an durch die Lampe fließen bei 12V genau 1A 
Da Leistung Wasserdruck * Wassermenge sind heißt das dann
Leistung = Volt * Ampere also 12 Volt * 1 Ampere = 12 Watt

Wenn wir wissen, wie viel Wasser (Ampere) der Schlauch bei welchem Wasserdruck (Volt) durchlässt, dann können wir den Widerstand (Ohm) des Schlauches berechnen 

Widerstand = Wasserdruck / Wassermenge = 12V / 1A = 12 Ohm!

Immer wenn wir zwei der drei Größen kennen können wir also die dritte Größe berechnen. 
Die Formel heißt: Wasserdruck= Wassermenge * Widerstand (wie dünn ist der Schlauch)

Und in der Elektrik heißt sie „ohmsches Gesetz“ und geht so:

Spannung = Widerstand * Strom – U=R*I Eselsbrücke: URI
Die können wir jetzt auch umstellen, je nachdem was wir brauchen:

Widerstand = Spannung / Strom oder Strom = Spannung / Widerstand

Wobei Spannung=Volt=V, Strom=Ampere=I, Widerstand=Ohm=Ω 

Und jetzt rechnen wir mal obige Lampe durch:
Wir wissen: Bei 12V fließen 1A. Wir suchen den Widerstand R

Widerstand = Spannung / Strom , R=U/I, R=12V/1A=12 Ohm

Die Leistung ist noch einfacher zu berechnen:
Die Leistung (P) wird in Watt (W) gemessen. 
Leistung = Spannung * Strom. Also P=U*I

Unsere Lampe: 
12V 1A P=U*I, P=12V * 1A = 12VA = 12W

Jetzt wissen wir: Bei 12V fließt 1A durch die Lampe, weil sie 12Ohm hat. Die Leistung der Lampe ist 12Watt

Und nun ist die Batterie total voll und hat 14V. Der Widerstand aber bleibt immer 12Ohm.
Wie viel Strom fließt denn jetzt durch die Lampe?
Strom= Spannung/Widerstand, I=U/R, I=14Volt/12Ohm= 1,166A
Und wie hoch ist die Leistung der Lampe jetzt bei 14V?
Leistung = Spannung * Strom, P=U*I, P=14V*1,66A= 16,33Watt

Hoppla Nur 2Volt mehr aber rund 33% mehr Leistung? 

Ja, das stimmt. Wenn die Batterien voll sind, verbrauchen deine Glühlampen, Pumpen usw. mehr Leistung.

Korrekturen: Speziell bei der Glühlampe ist es nicht ganz so wie ich geschrieben habe. Denn diese sind Kaltleiter. Je heißer sie werden, desto mehr Ohm haben sie. Aber der Einfachheit wegen habe ich das jetzt mal unterschlagen. Sie würde mit 14Volt nicht 33% mehr, sondern wohl eher nur 25% mehr Leistung verbrauchen, weil sie ihren 
Widerstand von 12Ohm auf etwas 12,5 Ohm ändern würde.
Das machen aber nur Glühlampen so.

Lese es 2-3mal in ruhe durch und du kannst was mit den Begriffen Strom, Spannung Widerstand und Leistung anfangen.

Gleich erkläre ich was das bedeuten soll, 
wenn bei Ampere=A plötzlich ein h hinten dran hängt, also Ah und bei Watt=W plötzlich ein Wh steht.

Quelle

Was ist der Unterschied zwischen Leistung W und Arbeit Wh

Nehmen wir Dick und Doof. Sie arbeiten auf einer Baustelle. Sie müssen Wasser in den 1ten Stock tragen zum Zement anrühren.

Dick ist kräftig, er nimmt immer 100l auf einmal. Doof nimmt nur 20l auf einmal. Beide tragen es gleich schnell hoch. Jetzt schaut der Chef zu und sieht Dick mit seinen 100l. Man der bringt aber Leistung. 5 mal wer wie Doof. Dick bringt Leistung und Doof ist faul.
Stimmt das?

Richtig ist, dass Dick in dem Moment wo er was arbeitet 100l stemmt. Sagen wir einfach mal 100Watt Leistung dazu. Richtig ist, dass Doof nur 20l stemmt. Sagen wir 20 Watt Leistung dazu. Also wenn sie schaffen hat Dick 5 mal mehr Leistung.

Jetzt geht der Chef zu Doof und sagt: „Du fauler Hund, du arbeitest nur 1/5 von Dick!“

Da wehrt sich Doof gewaltig:
„Der Dick trägt 100l auf einmal in einer Minute hoch, dann macht er aber 9 Minuten Pause. 
Ich trage 20l in einer Minute hoch, mache aber keine Pausen“

Da rechnet der Chef nach: In 1 Stunde(h) hat Dick 600l hoch getragen (6*100l in 1 Minute + 9 Minuten Pause), das sind also 600LiterStunden. 
Der Doof hat 20l pro Minute, also 60*20l = 1200l Wasser hoch getragen, das sind also 1200Literstunden.
Und plötzlich merkt der Chef: Der Dick bringt zwar die höhere Leistung, aber der Doof die höhere Arbeit pro Stunde.
Also: Doof erbringt die höhere Arbeit (Stundendauerleistung)

Siehste, denkt der Chef, so doof ist der Doof gar nicht. 
Er ist der bessere ARBEITER, auch wenn Dick die höhere Leistung bringen kann.

ARBEIT=LEISTUNG*ZEIT

Und in der Elektrik ist das genau so:

Ein Verbraucher, der 1 Stunde lang 10W leistet, hat in einer Stunde 10Wh Arbeit erbracht!
Ein Verbraucher, der zwar 100W leistet, aber nur 6Minuten pro Stunde hat auch „nur“ 10Wh Arbeit erbracht.

Die Arbeit ist also das Produkt aus Leistung * Zeit.
Man könnte auch sagen Leistung P in Watt (W) * Zeit in Stunden (h) = Arbeit (Wh).

Klingt vielleicht etwas verwirrend, aber machen wir ein paar Beispiele:

Eine Lampe mit 20W Leistung brennt 10 Stunden. Wie viel Arbeit (Wh) wurden geleistet.
Arbeit (Wh) = Leistung (W) * Zeit (h) , Wh=20W * 10h = 200Wh. 
Die Lampe hat also 200Wh Arbeit aus der Batterie entnommen.


Und wie viel Ah wären das jetzt? Da merken wir uns jetzt einfach:
Wh/Spannung=Ah (VAh/V=Ah, denn Watt=Spannung*Strom (U*I)
also Ah=200Wh/12V= 200VAh/12V= 16,66Ah

Wenn also eine Lampe mit 20W 10 Stunden lang brennt, 
dann hat sie 200Wh Arbeit geleistet und bei 12V 16,66Ah aus der Batterie entnommen.

Na, war das jetzt so schwer?

Machen wir es doch mal umgekehrt:
Wenn ich einer Batterie 100Ah entnommen habe, wie viel Wh Arbeit habe ich dann der Batterie entnommen?

Stellen wir also um von Ah=Wh/U also von Ah=VAh/U dann kommen wir auf
VAh=U*Ah, VAh(gleih Wh) = U * Ah , Wh=12V * 100Ah = 1200VAh = 1200Wh! 

Da 1kW 1000W sind könnte man auch 1,2kWh dazu sagen!

Fazit: Die Leistung (W) ist eine reine Moment-Angabe, Arbeit gibt die Leistung pro Zeit an (Wh).

Das Formelzeichen für Arbeit ist W oder E. Weil W aber total verwirrend ist 
(wird ja für die Leistung P als Angabe in Watt schon gebraucht), 
habe ich es ohne Formelzeichen beschrieben.

Verwirrt? Klar, einfach 2-3 mal langsam lesen, dann macht es ganz sicher „klick“. 

Quelle     


Leistung und Arbeit, praktische Beispiele

Kurzzusammenfassung:
Vergleich Wasser mit Strom:
Spannung ist der Wasserdruck
Strom ist die Wassermenge
Widerstand ist der Durchmesser des Schlauches

Die wichtigsten Formeln:
Spannung = Widerstand * Strom , U = R * I , Ergebnis ist Volt
Leistung = Spannung * Strom, P = U * I, Ergebnis ist Watt
Arbeit = Leistung * Zeit, E = P * h, Ergebnis ist Wattstunden


Aufgabe 1: 
Eine EFOY Brennstoffzelle ist wie folgt angegeben: „Bis zu 80Ah pro Tag“. 
Gehen wir davon aus, dass sie hierfür 24 Stunden an Stück laufen muss und 12v erzeugt.

Frage1: Wieviel Watt Leistung hat sie dann eigentlich?
Frage2: Wie hoch ist der Ladestrom?

Lösung: Selber nachdenken (!)m dann erst weiter lesen!



Lösung:

In 24h macht sie 80Ah, also macht sie in einer Stunde 80Ah/24h * 1h = 3,33Ah. 
Sie macht also in einer Stunde 3,33Ah. Und da sie ja am Stück durchläuft, sind das dann auch 3,33A permanenter Stromfluss. So – jetzt haben wir den Strom, die Spannung 12V ist ja bekannt – also rechnen wir jetzt die Leistung aus:
P = U * I, P = 12V * 3,33A = 40Watt

Die max. Leistung der EFOY beträgt also 40W, der Ladestrom 3,33A. 

– – –

War zu einfach?

O.K. Genau diese EFOY schaltete sich im Urlaub im Schnitt pro Tag 8 Stunden ein. 
Es gab keine anderen Ladegeräte/Solar. Wie viel Ah verbrauchte der Camper pro Tag?

Lösung: Selbst erarbeiten!



Aufgabe 2:
Eine Batterie hat 12V. Der Verbraucher hat 1200W Leistung.

Frage1: Wie viel Strom läuft, wenn er an ist?

Gehen wir davon aus, dass man von einer 200Ah Batterie nur 50% entnehmen darf bevor man mit der Entnahme aufhören soll.
Frage 2: Wie lange dürfte der Verbraucher eingeschaltet bleiben, bevor diese untere Entladegrenze erreicht ist?


Ich weiß es ist etwas lästig. 
Aber erstens trainiert es das Gehirn und zweitens kannst du viele Fragen der Elektrik in Zukunft selbst lösen.

Quelle