Vielen Dank Topf_Gun,

ich denke es hat jetzt Klick gemacht. Ich war vorher der Meinung, dass über den Widerstand die Spannung reduziert wird. Selbst bei einem Online LED-Vorwiderstandsrechner (http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/1109111.htm) ist von "zu vernichtende Spannung" die Rede. Das kann etwas verwirren. Es ist aber wohl so, dass nur die LED die Spannung reduziert und über den Widerstand dann einfach (von der Restspannung ausgehend) die Stromstärke entsprechend engestellt wird. Was mich noch interessieren würde ist was mit der Verlustleistung über den Vorwiderstand passiert. Wird diese Restenergie komplett oder nur teilweise am Widerstand als Wärme abgegeben?

Liebe Grüße,

Balda

Zitat :

Es ist aber wohl so, dass nur die LED die Spannung reduziert und über den Widerstand dann einfach (von der Restspannung ausgehend) die Stromstärke entsprechend engestellt wird.

Kommt hin.
Aber das Wörtchen "wohl" sagt mir, daß du noch nicht sicher bist.
Harte Fakten sind:
1.) LED und Vorwiderstand werden vom genau gleichen Strom durchflossen.
2.) Die Spannung am Widerstand und die Spannung an der LED addieren sich genau zur Klemmenspannung
3.) Am Widerstand, nicht aber an der LED, gilt genau das Ohmsche Gesetz: U=R*I.
Diese Gleichung darf man auch umstellen, wenn man z.B. den Strom oder den Widerstand ausrechnen will.

Weniger hart ist die Konstanz der Spannung an der LED. Hier liegt kein linearer Zusammenhang zwischen Strom und Spannung vor, wie bei einem Widerstand, sondern ein exponentieller.
Größenordnungsmäßig erhöht sich die Spannung an der LED um ca. 50..100mV, wenn man den Strom auf das Zehnfache erhöht.
Das hört sich nicht dramatisch an, bedeutetet aber z.B., dass sich die Spannung nur um etwa 300mV ändert, wenn man den Strom auf das tausendfache, also z.B. von 10µA auf 10mA, erhöht.
Ein Blick ins Datenblatt zeigt oft solche Kennlinien.
Im wesentlichen hängt die Flussspannung bei einem bestimmten Strom von der Technologie (Farbe), aber auch von Fertigungsstreungen und ganz wichtig von der Temperatur ab. Für jedes Grad Temperaturerhöhung des Kristalls sinkt die Flußspannung um ungefähr 2mV und dieser Effekt ist dafür verantwortlich, dass eine LED leicht durchbrennt, wenn man sie an eine konstante Spannung anschliesst.

Zitat :

was mit der Verlustleistung über den Vorwiderstand passiert. Wird diese Restenergie komplett oder nur teilweise am Widerstand als Wärme abgegeben?

Ja, die elektrische Leistung P=U*I wird am Widerstand komplett in Wärme verwandelt.
Wenn man in die obige Gleichung noch das Ohmsche Gesetz einführt, bekommt man für die Verlustleistung den griffigen Ausdruck P=R*I² .

P.S.:
Hier zwei LED-Kennlinien, wie ich sie vor einigen Jahren mal gemessen habe.
Einmal im Sommer bei Zimmertemperatur, das andere Mal bei Kühlung auf -9..-10°C.

Man sieht schön, daß
1) die Spannung sich pro Zehnerpotenz des Stromes um etwa 75mV ändert und das über etwa 5 Zehnerpotenzen hinweg,
und daß
2) die Kurven, die bei etwa 36°C Temperaturdifferenz gemessen wurden, sich um 80mV unterscheiden, z.B. bei 0,1mA 1,73V vs. 1,65V.
Diese -2,2mV/°C entsprechen recht genau der Theorie und dem oben genannten Daumenwert von -2mV/°C.



[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 10 Aug 2010  5:19 ]

Vielen Dank Perl für die ausführliche Erklärung und die Charts.

Ja, ich war mir nicht sicher und wollte mit der Frage der Restenergie/Wärmeabgabe auch sicher stellen, dass ich es richtig verstanden habe. Der Elektronikbereich fasziniert mich sehr und mein oberstes Ziel ist zu verstehen was hinter den Formeln steckt. Wenn ich es verstehe kann ich mir auch Lösungen aus den Fingern saugen ohne in ein Buch schauen zu müssen.

Das der Widerstand komplett die elektrische Leistung in Wärmeenergie umwandelt hätte ich aber nicht erwartet. Als Beispiel, 9V Spannungsquelle, 2.5V/20mA LED und ein 325 Ohm Vorwiderstand. Von der physikalischen Richtung der Elektronenladungen her wandert in diesem Fall der Strom zuerst durch die LED und trifft danach mit ca. 6.5V (je nach Temperatur, Fertigungsstreung.. ) Restspannung auf den Widerstand. Der Widerstand begrenzt nun die Stromstärke wiederum (für den gesamten Kreislauf) auf 20 mA. Wenn ich nun davon ausgehe, dass der Widerstand nur die Stromstärke begrenzt klingt es für mich logischer, dass 20mA den Widerstand bei 6.5V durchfließen und zurück zur Spannungsquelle wandern.

Zitat :

Am Widerstand, nicht aber an der LED, gilt genau das Ohmsche Gesetz: U=R*I.

Wenn 6.5V am Vorwiderstand ankommen, dann kommen auch 6.5V wieder raus (0,020A * 325Ohm), richtig?

Liebe Grüße,

Balda

Zitat :

dann kommen auch 6.5V wieder raus

Du hast immer noch die falsche Vorstellung.
Spannung kommt nicht rein oder raus, sondern beschreibt einen Potentialunterschied, so wie er zwischen dem Dachdecker und dem Erdboden herrscht, der ihn anzieht.

Erst wenn er runterfällt bewegt sich etwas, beim Strom sind das die Elektronen, und gleichzeitig nimmt die Potentialdifferenz ab.

P.S.:
1 Ampere entspricht etwa 6*10¹⁸ Dachdeckern, pardon Elektronen-, pro Sekunde.


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 11 Aug 2010  1:32 ]

Es tut mir Leid, da habe ich mich falsch ausgedrückt. Mir ist bewusst, dass die Energie pro Ladungseineinheit durch die Potentialdifferenz verursacht wird.

Noch mal das Beispiel - 9V Batterie, 2.5V/20mA LED und ein 325 Ohm Vorwiderstand.
Von der physikalischen Richtung der Elektronenladungen her wandert in diesem Fall der Strom zuerst durch die LED und liegt dann mit ca. 6.5V Restspannung am Widerstand an. Der Widerstand begrenzt die Stromstärke auf 20 mA für den Kreislauf. Verringert sich dadurch das Energiepotential der einzelnen Ladungseinheiten (in der Menge von 0,020A) welche durch den Widerstand laufen oder bleibt es das gleiche? Wenn es sich nicht verringern würde, würden ja 0,13W nicht genutzte Energie zurück zur Batterie fließen und dort als Wärme freigesetzt werden. Du meinst aber, dass die 0,13W Wärme nur am Widerstand abgegeben werden. Jetzt kommt der Haken den ich nicht verstehe. Normalerweise frisst ja ein Widerstand nicht die komplette potentielle Energie auf oder bin ich da immer noch total auf dem Holzweg?

Vielen Dank.

Liebe Grüße,

Balda

Zitat :

Verringert sich dadurch das Energiepotential der einzelnen Ladungseinheiten (in der Menge von 0,020A) welche durch den Widerstand laufen oder bleibt es das gleiche?

Da es sich bei der Spannung um eine Potentialdifferenz handelt, kommt es auf den Bezugspunkt an. In Bezug auf den Pluspol der Batterie, wo die Elektronen ja hinwollen, hat sich das Potential um 2,5V vermindert und beträgt jetzt nur noch 6,5V.

Sei ein bischen vorsichtig mit der Verwendung von Punkten!
Im Deutschen dient das Komma zur Abtrennung der Dezimalstellen und die Geldsäcke verwenden Punkte zur Kenntlichmachung der Tausender. Im angelsächsischen Sprachraum ist es genau umgekehrt.

Zitat :

Normalerweise frisst ja ein Widerstand nicht die komplette potentielle Energie auf oder bin ich da immer noch total auf dem Holzweg?

Doch ja, das tut er.
Sogar perfekt, weshalb die Erwärmung eines Widerstands oft zu Meßzwecken, z.B. bei Hochfrequenz, verwendet wird.

Das ist richtige Reibung, mit der die durch das elektrische Feld beschleunigten Elektronen abgebremst werden.
Noch detaillierter kann auch sagen, daß auf die Elektronen im E-Feld eine Kraft wirkt, durch die sie beschleunigt werden.
Nach einer winzigen Strecke stoßen sie mit einem Atom des Widerstandsmaterials zusammen und geben dabei einen Teil ihrer kinetischen Energie an dieses Atom ab, wodurch sie es in Gitterschwingungen versetzen, die sich dann über den ganzen Festkörper ausbreiten.
Wärme ist nichts anderes als die Energie (Translations-, Rotations- und Schwingungsenergie), die in solchen Bewegungen der Materiebausteine steckt.
Man kann das durchaus auch ineinander umrechnen.

Zitat :

Da es sich bei der Spannung um eine Potentialdifferenz handelt, kommt es auf den Bezugspunkt an. In Bezug auf den Pluspol der Batterie, wo die Elektronen ja hinwollen, hat sich das Potential um 2,5V vermindert und beträgt jetzt nur noch 6,5V.

Mir geht es darum, dass ja Elektronen (in der Menge von 20mA) tatsächlich über den Pluspol in die Batterie zurücklaufen. Du meinst, dass in meiner Beispielschaltung die Restenergie komplett am Widerstand über Reibung in Wärme umgewandelt wird. Die Elektronen die nun über den Pluspol in die Batterie zurücklaufen dürften nun auch kein Energiepotential mehr haben (und es in der Batterie auch nicht mehr in Wärme umsetzen). Für mich ist diese Sache halt reine Theorie da ich es nicht nachmessen kann. Über ein Amperemeter kann ich ja die Menge via Reihenschaltung messen. Mit einem Voltmeter darf ich nicht via Reihenschaltung messen, da es ja das Ergebnis verfälschen würde. Nur Parallel funktioniert es genauso wenig als würde ich versuchen eine kurzgeschlossene Batterie via Voltmeter zu messen. Es zeigt 0V obwohl ja definitiv Energie umgesetzt wird.

Ich fürchte ich bin ein schwieriger Fall. Normalerweise kapier ich recht schnell und es ärgert mich wenn ich Dinge, für die ich micht interessiere, nicht 100% verstehe.

Liebe Grüße,

Balda

Ist die Ausgangsfrage eigentlich beantwortet? Wenn ich das richtig verstehe, wunderte sich Balda über die Tatsache, dass für verschiedene LEDs der gleiche Vorwiderstand passt. Das liegt daran, dass sich die Funktionen der Vorwiderstände im Beispiel bei 10 V kreuzen. Bei anderen LED-Daten wird das bei einer anderen Spannung sein. Oder: Bei gleichen LED-Daten und anderen Spannungen sind die Vorwiderstände eben nicht gleich.

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„Schreibe nichts der Böswilligkeit zu, was durch Dummheit hinreichend erklärbar ist.“
(Hanlon’s Razor)

Wenn du es wirklich so genau wissen willst sind folgende Stichworte vielleicht für dich interessant:

Elektrostatik
Elektrodynamik



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Mfg Rambodischien

Es hat zwar eine Weile gedauert aber ich hab es nun endlich gerafft!

Ich hatte mich (wie schon von perl vermutet) in eine falsche Vorstellung von Spannung verrannt. Wenn in Formeln mit Widerständen von Spannung die Rede war habe ich diese oft nicht als "Spannungsabfall" betrachtet sondern eher als ein "anliegendes" Potential. Das ergab natürlich nicht immer Sinn! Wieso einfach wenn es auch kompliziert geht?!

Vielen lieben Dank an alle für Eure Ratschläge!

Balda

So ganz scheint die Erkenntnis aber noch nicht durchgedrungen zu sein.

Denn eine Spannungn IST ein (anliegender) Potentialunterschied!

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"Das Gerät habe ich vor soundsoviel Jahren bei Ihnen gekauft! Immer ist es gegangen, immer. Aber seit gestern früh geht es plötzlich nicht mehr. Sagen Sie mal, DA STIMMT DOCH WAS NICHT???"

Das eine Spannung ein Potentialunterschied ist habe ich schon verstanden. Im Bezug auf das Ohmsche Gesetz hatte ich das Formelzeichen "U" nur als anliegendes Potential am Widerstand verstanden und nicht als Spannungsabfall (Potentialunterschied des Widerstandes). Im einfachen Stromkreis (nur Spannungsquelle + Ohmscher Widerstand) fällt zum Beispiel die Spannung komplett am Widerstand ab. Mit meinem falschen Verständnis konnte ich das nicht korrekt berechnen und glaubte daher, dass ein Widerstand generell nur Einfluss auf die Stromstärke hat.

Liebe Grüße,

Balda

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Balda7-3 am 17 Aug 2010  0:51 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Balda7-3 am 17 Aug 2010  0:52 ]

Zitat :

und glaubte daher, dass ein Widerstand generell nur Einfluss auf die Stromstärke hat

Da das richtig ist, hast du es anscheinend immer
noch nicht verstanden.


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Dimmen ist für die Dummen

[ Diese Nachricht wurde geändert von: GeorgS am 17 Aug 2010 11:51 ]