Tricky Circuit

Innenwiderstand und nutzbare Leistung

Warum eine Batterie Spannung verliert

Der Innenwiderstand behindert Strom innerhalb der Quelle: Unter Last sinkt die Klemmenspannung. Die Last ist die Schaltung, die Energie nutzt; ein Milliampere (mA) ist ein Tausendstel Ampere, ein Watt (W) misst Leistung.

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EXPERIMENTIERTISCH

Ändere die Schaltungseinstellungen, sage die Messwerte voraus und prüfe eine Aufgabe. Dies sind Lernmodelle; die Annahmen werden in jeder Lektion erklärt.

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Warum es funktioniert

Ideale Spannungsquelle mit festem Innenwiderstand. Chemie, Ladezustand, Erwärmung und Laufzeit werden nicht simuliert.

Vs ist Quellenspannung, Ri Innenwiderstand, RL Lastwiderstand und I Strom. I = Vs/(Ri + RL); Lastspannung = I × RL. Lastleistung = I² × RL; innerer Verlust = I² × Ri.

Schwierigkeit
  1. Aufbauen · Aufbauen

    Einschalten mit 9 V, Innenwiderstand 2 Ω und Last 100 Ω. Lies etwa 8.824 V ab.

    Brauchst du einen Tipp?

    Vs = 9 V; Ri = 2 Ω; RL = 100 Ω → 8.824 V

  2. Erforschen · Eine Größe ändern

    Halte bei 9 V und Innenwiderstand 5 Ω die Lastspannung mindestens bei 8.5 V und den Strom mindestens bei 50 mA.

    Brauchst du einen Tipp?

    Vs = 9 V; Ri = 5 Ω; RL = 100 Ω → 8.571 V; 85.714 mA

  3. Selbst lösen · Aufgabe lösen

    Liefere bei 9 V und Innenwiderstand 10 Ω eine Lastleistung von 1.2–1.4 W mit innerem Verlust höchstens 0.35 W.

    Brauchst du einen Tipp?

    Vs = 9 V; Ri = 10 Ω; RL = 40 Ω → 1.296 W; 0.324 W

Zusatzwissen und Schaltungsrezepte

Warum eine Batterie Spannung verliert

Ein nützliches Muster

Ohne Last kann eine Quelle gesund wirken und bei Stromfluss einbrechen: Eine Spannungsmessung allein zeigt ihren Innenwiderstand nicht.

Außerhalb des Modells

Bei positivem Ri und frei wählbarem Lastwiderstand entsteht die maximale Lastleistung bei RL = Ri. Die Hälfte geht innen verloren: Maximale Leistung ist nicht maximaler Wirkungsgrad; der Schieber erreicht diesen Zustand möglicherweise nicht.

Eine typische Falle vermeiden

Ein kleinerer Lastwiderstand verlangt mehr Strom; er belastet die Quelle nicht weniger.

Der Innenwiderstand steigt, Quellenspannung und Last bleiben gleich. Die Lastspannung…

  1. steigt
  2. sinkt
  3. bleibt gleich
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Mehr Serienwiderstand verringert den Strom, daher sinkt I × RL.

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