Wie hängen Spannung, Stromstärke und Widerstand bei Serien- und Parallelschaltung zusammen?

Question

Wie hängen Spannung, Stromstärke und Widerstand bei Serien- und Parallelschaltung zusammen?

Antwort

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Wie verteilt sich die Spannung in einer Reihenschaltung?

Wie hoch sind die maximale Eingangsspannung und Stromstärke beim ESP8266 WeMos D1 Mini?

Berechnung der Ströme bei 24 V in einem Schaltkreis mit 20 kΩ Serie und 50 kΩ + 100 kΩ Parallel.

Wie groß muss die Leistung eines parallel geschalteten 1 kΩ Widerstands bei 12 V sein?

Ist die Reihenfolge von Widerstand und Kondensator in einer Snubberschaltung egal?

Warum misst man die Stromstärke in Serie?

Können Lithium-AA-Akkus mit 9V auch in 5V-Geräten verwendet werden?

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Welcher Fachwortschatz gehört zum Thema Z-Diode?

Wie funktioniert ein Spannungsteiler?

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Der Zusammenhang zwischen Spannung, Stromstärke und Widerstand in elektrischen Schaltungen wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben. Hier sind die Unterschiede zwischen Serien- und Parallelschaltungen: ### Serienschaltung: 1. **Spannung (U)**: Die Gesamtspannung teilt sich auf die einzelnen Widerstände auf. Die Summe der Spannungen über jeden Widerstand ist gleich der Gesamtspannung. \[ U_{ges} = U_1 + U_2 + \ldots + U_n \] 2. **Stromstärke (I)**: Der Strom ist in allen Teilen der Schaltung gleich. \[ I_{ges} = I_1 = I_2 = \ldots = I_n \] 3. **Widerstand (R)**: Die Gesamtwiderstände addieren sich. \[ R_{ges} = R_1 + R_2 + \ldots + R_n \] ### Parallelschaltung: 1. **Spannung (U)**: Die Spannung ist über alle parallelen Widerstände gleich. \[ U_{ges} = U_1 = U_2 = \ldots = U_n \] 2. **Stromstärke (I)**: Die Gesamtstromstärke ist die Summe der Ströme durch die einzelnen Widerstände. \[ I_{ges} = I_1 + I_2 + \ldots + I_n \] 3. **Widerstand (R)**: Der Kehrwert des Gesamtwiderstands ist die Summe der Kehrwerte der einzelnen Widerstände. \[ \frac{1}{R_{ges}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \ldots + \frac{1}{R_n} \] Diese Beziehungen helfen, die Verteilung von Spannung, Strom und Widerstand in verschiedenen Schaltungsarten zu verstehen und zu berechnen.

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In einer Reihenschaltung teilt sich die Gesamtspannung auf die einzelnen Bauteile (z. B. Widerstände) auf. Die Summe der Spannungen an den einzelnen Bauteilen entspricht der Gesamtspannung der Qu... [mehr]

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In einer Reihenschaltung teilt sich die Gesamtspannung auf die einzelnen Bauteile (z. B. Widerstände) auf. Die Summe der Spannungen an den einzelnen Bauteilen entspricht der Gesamtspannung der Quelle. Das bedeutet: **U_ges = U₁ + U₂ + U₃ + ... + Uₙ** Jedes Bauteil erhält also einen Teil der Gesamtspannung, abhängig von seinem Widerstand. Je größer der Widerstand eines Bauteils, desto größer ist der Spannungsabfall an diesem Bauteil.

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Die **Eingangsspannung** und **Stromstärke** für den ESP8266 WeMos D1 Mini sind wie folgt: - **Eingangsspannung (am "5V"-Pin oder über Micro-USB):** 5 Volt (typisch USB-S... [mehr]

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Die **Eingangsspannung** und **Stromstärke** für den ESP8266 WeMos D1 Mini sind wie folgt: - **Eingangsspannung (am "5V"-Pin oder über Micro-USB):** 5 Volt (typisch USB-Spannung). Die Platine hat einen Spannungsregler, der die 5V auf 3,3V für den ESP8266 herunterregelt. - **Maximale Stromaufnahme:** Der ESP8266 kann beim Senden von WLAN-Daten kurzzeitig bis zu **300 mA** benötigen. Es wird empfohlen, eine Stromquelle mit mindestens **500 mA** bereitzustellen, um auch Peripherie zu versorgen. - **Achtung:** Die **3,3V-Pins** dürfen **niemals** mit mehr als 3,3V versorgt werden, da der ESP8266 sonst beschädigt wird. **Zusammengefasst:** - **Eingangsspannung:** 5V (über USB oder 5V-Pin) - **Maximaler Strom:** mindestens 500 mA empfohlen - **3,3V-Pin:** Nur als Ausgang verwenden, nicht als Eingang für externe Spannung Weitere Infos findest du z.B. im [offiziellen WeMos D1 Mini Wiki](https://wiki.wemos.cc/products:d1:d1_mini).

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Um die Ströme in diesem Schaltkreis zu berechnen, gehen wir schrittweise vor. 1. **Berechnung des Gesamtwiderstands**: Zuerst berechnen wir den Gesamtwiderstand der parallel geschalteten Wide... [mehr]

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Um die Ströme in diesem Schaltkreis zu berechnen, gehen wir schrittweise vor. 1. **Berechnung des Gesamtwiderstands**: Zuerst berechnen wir den Gesamtwiderstand der parallel geschalteten Widerstände (50 kΩ und 100 kΩ). Der Gesamtwiderstand \( R_{parallel} \) wird mit der Formel für parallele Widerstände berechnet: \[ \frac{1}{R_{parallel}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} \] Setzen wir die Werte ein: \[ \frac{1}{R_{parallel}} = \frac{1}{50\,k\Omega} + \frac{1}{100\,k\Omega} \] \[ \frac{1}{R_{parallel}} = \frac{2}{100\,k\Omega} + \frac{1}{100\,k\Omega} = \frac{3}{100\,k\Omega} \] \[ R_{parallel} = \frac{100\,k\Omega}{3} \approx 33.33\,k\Omega \] Jetzt addieren wir den Widerstand in Serie (20 kΩ): \[ R_{total} = R_{series} + R_{parallel} = 20\,k\Omega + 33.33\,k\Omega \approx 53.33\,k\Omega \] 2. **Berechnung des Gesamtstroms**: Mit dem Gesamtwiderstand können wir den Gesamtstrom \( I_{total} \) berechnen, der durch den gesamten Schaltkreis fließt, indem wir das Ohmsche Gesetz verwenden: \[ I_{total} = \frac{U}{R_{total}} = \frac{24\,V}{53.33\,k\Omega} \approx 0.000449\,A \approx 449\,\mu A \] 3. **Berechnung der Ströme durch die parallelen Widerstände**: Der Strom teilt sich in den parallelen Widerständen. Der Strom durch jeden Widerstand kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden. Zuerst berechnen wir die Spannung über den parallelen Widerständen: \[ U_{parallel} = I_{total} \cdot R_{series} = 449\,\mu A \cdot 20\,k\Omega \approx 8.98\,V \] Jetzt können wir die Ströme durch die einzelnen parallelen Widerstände berechnen: - **Für den 50 kΩ Widerstand**: \[ I_{50} = \frac{U_{parallel}}{R_{50}} = \frac{8.98\,V}{50\,k\Omega} \approx 0.0001796\,A \approx 179.6\,\mu A \] - **Für den 100 kΩ Widerstand**: \[ I_{100} = \frac{U_{parallel}}{R_{100}} = \frac{8.98\,V}{100\,k\Omega} \approx 0.0000898\,A \approx 89.8\,\mu A \] Zusammenfassend: - Der Gesamtstrom \( I_{total} \) beträgt etwa 449 µA. - Der Strom durch den 50 kΩ Widerstand beträgt etwa 179.6 µA. - Der Strom durch den 100 kΩ Widerstand beträgt etwa 89.8 µA.

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Um die Leistung eines einzelnen Widerstands in einer Parallelschaltung zu berechnen, kannst du die Formel für die Leistung \( P \) verwenden: \[ P = \frac{U^2}{R} \] Dabei ist \( U \) die Spann... [mehr]

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Um die Leistung eines einzelnen Widerstands in einer Parallelschaltung zu berechnen, kannst du die Formel für die Leistung \( P \) verwenden: \[ P = \frac{U^2}{R} \] Dabei ist \( U \) die Spannung und \( R \) der Widerstand. In diesem Fall beträgt die Spannung \( U = 12 \, \text{V} \) und der Widerstand eines einzelnen Widerstands ist \( R = 1 \, \text{kΩ} = 1000 \, \text{Ω} \). Setze die Werte in die Formel ein: \[ P = \frac{12^2}{1000} = \frac{144}{1000} = 0,144 \, \text{W} \] Die Leistung eines einzelnen Widerstands beträgt also 0,144 W oder 144 mW. Da die Widerstände parallel geschaltet sind, wird jeder Widerstand die gleiche Spannung von 12 V erhalten, und die Berechnung bleibt für jeden Widerstand gleich. Es ist jedoch wichtig sicherzustellen, dass die Widerstände für diese Leistung ausgelegt sind, um Überhitzung oder Beschädigung zu vermeiden.

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Nein, es ist nicht egal, in welcher Reihenfolge Widerstand und Kondensator in einer Snubberschaltung angeordnet werden – es kommt auf die konkrete Schaltungsart und den Anwendungsfall an. **Typ... [mehr]

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Nein, es ist nicht egal, in welcher Reihenfolge Widerstand und Kondensator in einer Snubberschaltung angeordnet werden – es kommt auf die konkrete Schaltungsart und den Anwendungsfall an. **Typische Snubber-Schaltungen:** 1. **RC-Snubber (Reihenschaltung):** Hier werden Widerstand (R) und Kondensator (C) in Reihe geschaltet und gemeinsam parallel zum zu schützenden Bauteil (z. B. einem Schalter oder Thyristor) angeschlossen. In dieser Reihenschaltung ist die Reihenfolge von R und C tatsächlich egal, da Strom und Spannung in einer Reihenschaltung durch beide Bauteile gleich sind. 2. **R und C parallel (nicht üblich):** Wenn Widerstand und Kondensator jeweils einzeln parallel zum Bauteil geschaltet werden, handelt es sich nicht mehr um einen klassischen RC-Snubber, sondern um zwei getrennte Pfade. Das ist eine andere Schaltung mit anderem Verhalten. 3. **Serieller Snubber (z. B. bei Dämpfung von Induktivitäten):** Auch hier ist bei einer Reihenschaltung von R und C die Reihenfolge egal. **Wichtiger Hinweis:** Die Funktion des Snubbers hängt davon ab, dass der Widerstand den Strom begrenzt, der durch den Kondensator beim Umschalten fließt. Die Reihenschaltung von R und C parallel zum Schaltelement ist der Standardfall. **In dieser Konfiguration ist die Reihenfolge von R und C egal.** **Fazit:** Bei der klassischen RC-Snubber-Schaltung (R und C in Reihe, gemeinsam parallel zum Schaltelement) ist die Reihenfolge von Widerstand und Kondensator egal. Entscheidend ist, dass sie in Reihe geschaltet sind und als Ganzes parallel zum zu schützenden Bauteil liegen. Weitere Infos findest du z. B. bei [Wikipedia: Snubber](https://de.wikipedia.org/wiki/Snubber).

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Die Stromstärke misst man in Serie, weil ein Amperemeter (Strommessgerät) so konstruiert ist, dass der gesamte Strom durch das Messgerät fließen muss, um korrekt gemessen zu werde... [mehr]

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Die Stromstärke misst man in Serie, weil ein Amperemeter (Strommessgerät) so konstruiert ist, dass der gesamte Strom durch das Messgerät fließen muss, um korrekt gemessen zu werden. In einer Serienschaltung fließt der gleiche Strom durch alle Bauteile, also auch durch das Amperemeter. Würde man das Amperemeter parallel schalten, könnte es beschädigt werden oder einen Kurzschluss verursachen, da es einen sehr geringen Innenwiderstand hat. Deshalb wird die Stromstärke immer in Serie (also in den Stromkreis eingeschleift) gemessen.

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Nein, Lithium-AA-Akkus, die mit 9 V angegeben sind, sollten **nicht** in Geräten verwendet werden, die für 5 V ausgelegt sind. Die Spannung eines Akkus muss zur Betriebsspannung des Gerä... [mehr]

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Nein, Lithium-AA-Akkus, die mit 9 V angegeben sind, sollten **nicht** in Geräten verwendet werden, die für 5 V ausgelegt sind. Die Spannung eines Akkus muss zur Betriebsspannung des Geräts passen. Ein Akku mit 9 V liefert eine deutlich höhere Spannung als ein Gerät mit 5 V verträgt. Das kann zu Schäden am Gerät führen oder es sogar zerstören. **Wichtige Hinweise:** - AA-Akkus haben normalerweise eine Nennspannung von 1,2 V (NiMH) oder 1,5 V (Lithium), nicht 9 V. - 9 V-Akkus sind meist in einem anderen Format (Blockbatterie, nicht AA). - Wenn du einen Akku mit 9 V in ein 5 V-Gerät einsetzt, riskierst du Überhitzung, Fehlfunktionen oder dauerhafte Schäden. **Fazit:** Verwende immer Akkus mit der vom Hersteller empfohlenen Spannung für dein Gerät. Bei Unsicherheiten hilft ein Blick ins Handbuch oder auf die Gerätekennzeichnung.

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Standard-AA-Batterien (auch als Mignon-Zellen bezeichnet) haben je nach Typ unterschiedliche Nennspannungen: - **Alkali-Mangan (Einweg):** 1,5 Volt - **Nickel-Metallhydrid (NiMH, wiederaufladbar):*... [mehr]

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Standard-AA-Batterien (auch als Mignon-Zellen bezeichnet) haben je nach Typ unterschiedliche Nennspannungen: - **Alkali-Mangan (Einweg):** 1,5 Volt - **Nickel-Metallhydrid (NiMH, wiederaufladbar):** 1,2 Volt - **Lithium (Einweg, z. B. Energizer Ultimate Lithium):** 1,5 Volt Es gibt keine handelsüblichen AA-Batterien mit einer höheren Nennspannung als 1,5 Volt. Lithium-AA-Batterien haben zwar eine höhere Energiedichte und halten länger, aber ihre Spannung ist ebenfalls auf 1,5 Volt ausgelegt, um mit normalen Geräten kompatibel zu sein. **Ausnahme:** Es gibt spezielle Lithium-Eisen-Disulfid-AA-Zellen (z. B. [Energizer Ultimate Lithium](https://www.energizer.eu/de/batteries/ultimate-lithium/)), die eine Leerlaufspannung von bis zu 1,8 Volt erreichen können, aber unter Last sinkt die Spannung schnell auf 1,5 Volt oder weniger. **Höhere Spannungen:** Wenn du eine höhere Spannung als 1,5 Volt in AA-Bauform suchst, gibt es keine Standardprodukte. Es existieren jedoch exotische oder industrielle Spezialzellen (z. B. Lithium-Thionylchlorid), die in ähnlicher Größe wie AA gebaut werden, aber diese sind nicht für den normalen Konsumentenmarkt gedacht und meist nicht direkt kompatibel mit AA-Geräten. **Fazit:** Im normalen Handel gibt es keine AA-Batterien mit einer höheren Nennspannung als die Standard-Lithium-Zellen (1,5 Volt). Für höhere Spannungen müssen mehrere Zellen in Serie geschaltet werden.

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Typischer Wortschatz zum Thema Z-Diode umfasst folgende Begriffe: - Z-Diode (Zener-Diode) - Zenerspannung (Z-Spannung) - Durchbruchspannung - Sperrrichtung - Durchlassrichtung - Kennlinie - Spannungs... [mehr]

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Typischer Wortschatz zum Thema Z-Diode umfasst folgende Begriffe: - Z-Diode (Zener-Diode) - Zenerspannung (Z-Spannung) - Durchbruchspannung - Sperrrichtung - Durchlassrichtung - Kennlinie - Spannungsstabilisierung - Spannungsregler - Referenzspannung - Strombegrenzungswiderstand (Vorwiderstand) - Leckstrom - Temperaturkoeffizient - Halbleiter - Silizium - Avalanche-Effekt - Zener-Effekt - Gleichstrom - Schutzschaltung - Überspannungsschutz - Schaltzeichen Diese Begriffe werden häufig im Zusammenhang mit der Funktionsweise, den Eigenschaften und den Anwendungen von Z-Dioden verwendet.

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Ein Spannungsteiler ist eine einfache Schaltung, mit der aus einer Eingangsspannung eine kleinere Ausgangsspannung erzeugt wird. Er besteht meist aus zwei (oder mehr) in Reihe geschalteten Widerst&aum... [mehr]

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Ein Spannungsteiler ist eine einfache Schaltung, mit der aus einer Eingangsspannung eine kleinere Ausgangsspannung erzeugt wird. Er besteht meist aus zwei (oder mehr) in Reihe geschalteten Widerständen. Die Eingangsspannung wird an die gesamte Reihenschaltung angelegt, und die Ausgangsspannung wird an einem der Widerstände abgegriffen. Das Grundprinzip basiert auf dem Ohmschen Gesetz: Der Strom durch die Widerstände ist gleich, aber die Spannung teilt sich entsprechend der Widerstandswerte auf. Die Formel für die Ausgangsspannung \( U_{out} \) bei zwei Widerständen \( R_1 \) und \( R_2 \) lautet: \[ U_{out} = U_{in} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2} \] Dabei ist: - \( U_{in} \): Eingangsspannung - \( R_1 \): Widerstand zwischen Eingang und Abgriff - \( R_2 \): Widerstand zwischen Abgriff und Masse (bzw. Bezugspotential) - \( U_{out} \): Spannung am Widerstand \( R_2 \) Der Spannungsteiler wird häufig verwendet, um Messgeräte anzupassen, Referenzspannungen zu erzeugen oder Signale zu skalieren. Wichtig: Die Schaltung funktioniert nur korrekt, wenn der Strom, der am Abgriff entnommen wird, sehr klein im Vergleich zum Strom durch die Widerstände ist.