Wieso verringert Widerstand Druck?

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Wieso verringert Widerstand Druck?

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Verwandte Fragen

Wie berechnet man den Druck P2 in einer Röhre für eine Luftströmung mit bekannten Höhenwerten, Temperaturen und Druck am Punkt A?

Wie funktioniert das Ohmsche Gesetz und wie wird es in Schaltungen angewendet?

Wie berechnet man den Gesamtwiderstand einer Parallelschaltung?

Wie berechnet man den Gesamtwiderstand in einer Reihenschaltung?

Was passiert, wenn elektrischer Strom durch Widerstände fließt?

Wird ein Fisch unter einem 320.000-Tonnen-Schiff zerdrückt und warum oder warum nicht?

Welche Leistung fällt an einem Widerstand von 0,05 Ohm bei 15V und 7,5A ab?

Wie beeinflusst die Temperatur die Eigenleitung?

Wie groß ist der Widerstand R1 mit P1 = 3 W, P2 = 2 W und U = 230 V?

Wie erklärt sich der elektrische Widerstand metallischer Leiter anhand der Kristalle?

Accepted Answer

Der Zusammenhang zwischen Widerstand und Druck kann in verschiedenen Kontexten betrachtet werden, z.B. in der Fluiddynamik oder in elektrischen Schaltungen. Hier ist eine Erklärung im Kontext der Fluiddynamik: In einem Rohrsystem, durch das eine Flüssigkeit oder ein Gas strömt, führt der Widerstand (z.B. durch Reibung an den Rohrwänden oder durch Hindernisse im Rohr) zu einem Druckabfall entlang des Flusses. Dies lässt sich durch das Bernoulli-Prinzip und die Hagen-Poiseuille-Gleichung erklären. 1. **Bernoulli-Prinzip**: Dieses Prinzip besagt, dass in einer strömenden Flüssigkeit die Summe aus statischem Druck, dynamischem Druck und Höhenenergie konstant bleibt. Wenn der Widerstand die Strömungsgeschwindigkeit verringert, sinkt der dynamische Druck, was zu einem Anstieg des statischen Drucks führt. Umgekehrt, wenn der Widerstand die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, sinkt der statische Druck. 2. **Hagen-Poiseuille-Gleichung**: Diese Gleichung beschreibt den Druckabfall ΔP in einem Rohr aufgrund der Viskosität der Flüssigkeit und des Widerstands des Rohrs: \[ \Delta P = \frac{8 \eta L Q}{\pi r^4} \] Hierbei ist \(\eta\) die Viskosität der Flüssigkeit, \(L\) die Länge des Rohrs, \(Q\) die Volumenstromrate und \(r\) der Radius des Rohrs. Diese Gleichung zeigt, dass der Druckabfall proportional zur Länge des Rohrs und zur Viskosität der Flüssigkeit ist und umgekehrt proportional zur vierten Potenz des Rohrdurchmessers. Zusammengefasst: Der Widerstand in einem Rohrsystem führt zu Energieverlusten (hauptsächlich durch Reibung), was einen Druckabfall entlang des Flusses zur Folge hat.

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Um den Druck \( P_B \) (bzw. \( P_2 \)) an Punkt B in einer Röhre mit Luftströmung zu berechnen, wenn du folgende Werte hast: - Höhenwerte \( Z_A \) und \( Z_B \) (in m) - Temperaturen... [mehr]

Accepted Answer

Um den Druck \( P_B \) (bzw. \( P_2 \)) an Punkt B in einer Röhre mit Luftströmung zu berechnen, wenn du folgende Werte hast: - Höhenwerte \( Z_A \) und \( Z_B \) (in m) - Temperaturen \( t_A \) und \( t_B \) (in °C) - Druck am Punkt A (\( P_A \)) (in Pa) benötigst du noch weitere Informationen, um den Druck an Punkt B eindeutig zu bestimmen. Typischerweise wird in solchen Aufgaben die **Bernoulli-Gleichung** (für inkompressible oder schwach kompressible Strömungen) verwendet. Für Luft (als Gas) ist die Kompressibilität zu beachten, aber für kleine Druckunterschiede kann man oft die vereinfachte Form nutzen. **Bernoulli-Gleichung (vereinfacht, inkompressibel):** \[ P_A + \frac{1}{2} \rho v_A^2 + \rho g Z_A = P_B + \frac{1}{2} \rho v_B^2 + \rho g Z_B \] **Benötigte Werte:** - Dichte der Luft (\( \rho \)), abhängig von Temperatur und Druck - Strömungsgeschwindigkeiten an A und B (\( v_A \), \( v_B \)) **Was fehlt:** - Die Strömungsgeschwindigkeiten an den Punkten A und B oder eine Möglichkeit, diese zu berechnen (z.B. Querschnittsflächen und Volumenstrom) - Die Dichte der Luft an den jeweiligen Punkten (kann aus Temperatur und Druck berechnet werden) **Berechnung der Luftdichte:** \[ \rho = \frac{P}{R \cdot T} \] mit - \( P \): Druck in Pa - \( R \): spezifische Gaskonstante für trockene Luft (\( R = 287 \) J/(kg·K)) - \( T \): Temperatur in Kelvin (\( T = t + 273.15 \)) **Vorgehen:** 1. Temperaturen in Kelvin umrechnen. 2. Luftdichte an Punkt A (und ggf. B) berechnen. 3. Falls Strömungsgeschwindigkeiten bekannt sind, Bernoulli-Gleichung anwenden. 4. Falls nicht, kann der Druck an B nicht eindeutig berechnet werden. **Fazit:** Mit den gegebenen Daten (nur Höhen, Temperaturen und Druck an A) **kannst du den Druck an B nicht eindeutig berechnen**, solange nicht mindestens eine der folgenden Größen bekannt ist: - Strömungsgeschwindigkeiten an A und B - Querschnittsflächen und Volumenstrom - Druckdifferenz oder weitere Randbedingungen **Weitere Informationen zur Bernoulli-Gleichung findest du z.B. hier:** [Wikipedia: Bernoulli-Gleichung](https://de.wikipedia.org/wiki/Bernoulli-Gleichung)

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Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Spannung (U), Stromstärke (I) und elektrischem Widerstand (R) in einem elektrischen Leiter. Es lautet: **U = R × I** - **U** ist di... [mehr]

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Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Spannung (U), Stromstärke (I) und elektrischem Widerstand (R) in einem elektrischen Leiter. Es lautet: **U = R × I** - **U** ist die elektrische Spannung in Volt (V) - **I** ist die Stromstärke in Ampere (A) - **R** ist der Widerstand in Ohm (Ω) **Funktionsweise:** Das Gesetz besagt, dass die Spannung zwischen zwei Punkten eines Leiters direkt proportional zum fließenden Strom ist, solange der Widerstand konstant bleibt. **Anwendung in Schaltungen:** 1. **Berechnung unbekannter Größen:** Wenn zwei der drei Größen (U, I, R) bekannt sind, kann die dritte berechnet werden. Beispiel: - Spannung bekannt (U), Widerstand bekannt (R) → Strom: I = U / R - Strom bekannt (I), Widerstand bekannt (R) → Spannung: U = R × I - Spannung bekannt (U), Strom bekannt (I) → Widerstand: R = U / I 2. **Dimensionierung von Bauteilen:** Das Ohmsche Gesetz hilft, passende Widerstände für LEDs oder andere Bauteile auszuwählen, damit diese nicht beschädigt werden. 3. **Analyse von Schaltungen:** In Reihenschaltungen addieren sich die Widerstände, in Parallelschaltungen berechnet man den Gesamtwiderstand anders. Das Ohmsche Gesetz wird dann auf den Gesamtwiderstand angewendet. **Beispiel:** Eine Glühbirne mit 60 Ω Widerstand wird an eine 12 V Batterie angeschlossen. Gesucht: Stromstärke I = U / R = 12 V / 60 Ω = 0,2 A Das Ohmsche Gesetz ist also ein zentrales Werkzeug, um elektrische Schaltungen zu verstehen, zu berechnen und zu planen.

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In einer Parallelschaltung berechnest du den Gesamtwiderstand \( R_{ges} \) mit folgender Formel: \[ \frac{1}{R_{ges}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \ldots \] Das bedeutet: Du ad... [mehr]

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In einer Parallelschaltung berechnest du den Gesamtwiderstand \( R_{ges} \) mit folgender Formel: \[ \frac{1}{R_{ges}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \ldots \] Das bedeutet: Du addierst die Kehrwerte (also \( 1/R \)) aller Einzelwiderstände und nimmst dann vom Ergebnis wieder den Kehrwert, um den Gesamtwiderstand zu erhalten. **Beispiel:** Hast du zwei Widerstände \( R_1 = 100\,\Omega \) und \( R_2 = 200\,\Omega \) parallel geschaltet, dann gilt: \[ \frac{1}{R_{ges}} = \frac{1}{100} + \frac{1}{200} = 0{,}01 + 0{,}005 = 0{,}015 \] \[ R_{ges} = \frac{1}{0{,}015} \approx 66{,}67\,\Omega \] Der Gesamtwiderstand ist bei einer Parallelschaltung immer kleiner als der kleinste Einzelwiderstand.

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In einer Reihenschaltung addieren sich die einzelnen Widerstände direkt. Der Gesamtwiderstand \( R_{ges} \) berechnet sich also durch die Summe aller Einzelwiderstände: \[ R_{ges} = R_1 + R... [mehr]

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In einer Reihenschaltung addieren sich die einzelnen Widerstände direkt. Der Gesamtwiderstand \( R_{ges} \) berechnet sich also durch die Summe aller Einzelwiderstände: \[ R_{ges} = R_1 + R_2 + R_3 + \ldots + R_n \] Das bedeutet: Du zählst einfach alle Widerstandswerte zusammen.

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Wenn elektrischer Strom durch Widerstände fließt, wird ein Teil der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Das liegt daran, dass die Elektronen beim Durchqueren des Widerstandsmate... [mehr]

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Wenn elektrischer Strom durch Widerstände fließt, wird ein Teil der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Das liegt daran, dass die Elektronen beim Durchqueren des Widerstandsmaterials mit den Atomen kollidieren und dabei Energie abgeben. Dieser Effekt wird als Joulesche Erwärmung oder auch als ohmsche Wärme bezeichnet. Die Höhe der entstehenden Wärmeleistung lässt sich mit dem ohmschen Gesetz und der Formel \( P = I^2 \cdot R \) berechnen, wobei \( P \) die Leistung (Wärme), \( I \) der Strom und \( R \) der Widerstand ist. Neben der Wärmeentwicklung fällt über dem Widerstand eine Spannung ab, die proportional zum Strom und zum Widerstand ist (\( U = R \cdot I \)).

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Ein Fisch, der sich unter einem Schiff mit 320.000 Tonnen Gewicht befindet, wird in der Regel nicht zerdrückt – vorausgesetzt, er befindet sich im Wasser und nicht zwischen Schiffsrumpf und... [mehr]

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Ein Fisch, der sich unter einem Schiff mit 320.000 Tonnen Gewicht befindet, wird in der Regel nicht zerdrückt – vorausgesetzt, er befindet sich im Wasser und nicht zwischen Schiffsrumpf und Meeresboden oder einer anderen festen Oberfläche. **Warum wird der Fisch nicht zerdrückt?** Das Schiff schwimmt aufgrund des Archimedischen Prinzips: Es verdrängt eine Wassermenge, deren Gewicht dem Gewicht des Schiffes entspricht. Der Wasserdruck unter dem Schiff ist zwar etwas höher als an der Oberfläche, aber das Wasser überträgt das Gewicht des Schiffes gleichmäßig in alle Richtungen. Das bedeutet, dass der Druck auf den Fisch unter dem Schiff nicht plötzlich extrem ansteigt, sondern dem normalen Wasserdruck in dieser Tiefe entspricht. Fische sind an den Wasserdruck in ihrer Umgebung angepasst. Solange sie nicht zwischen zwei festen Objekten (z. B. Schiffsrumpf und Meeresboden) eingeklemmt werden, spüren sie keinen zusätzlichen Druck durch das Schiff über ihnen. **Wann könnte der Fisch zerdrückt werden?** Würde der Fisch jedoch zwischen dem Schiffsrumpf und einer festen Oberfläche (z. B. dem Meeresboden oder einer Kaimauer) eingeklemmt, könnte er durch die mechanische Kraft zerdrückt werden. In offenem Wasser ist das aber nicht der Fall. **Fazit:** Ein Fisch unter einem schwimmenden Schiff wird nicht zerdrückt, weil das Wasser den Druck gleichmäßig verteilt und der Fisch an den Wasserdruck angepasst ist. Nur wenn er mechanisch eingeklemmt wird, besteht Gefahr.

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Um die Leistung \( P \) zu berechnen, die an einem Widerstand abfällt, kannst du folgende Formeln verwenden: 1. \( P = U \cdot I \) (Spannung mal Strom) 2. \( P = I^2 \cdot R \) (Strom zum Quadr... [mehr]

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Um die Leistung \( P \) zu berechnen, die an einem Widerstand abfällt, kannst du folgende Formeln verwenden: 1. \( P = U \cdot I \) (Spannung mal Strom) 2. \( P = I^2 \cdot R \) (Strom zum Quadrat mal Widerstand) 3. \( P = \frac{U^2}{R} \) (Spannung zum Quadrat durch Widerstand) Gegeben: - Widerstand \( R = 0{,}05\,\Omega \) - Spannung \( U = 15\,V \) - Strom \( I = 7{,}5\,A \) **Berechnung mit \( P = U \cdot I \):** \( P = 15\,V \cdot 7{,}5\,A = 112{,}5\,W \) **Berechnung mit \( P = I^2 \cdot R \):** \( P = (7{,}5\,A)^2 \cdot 0{,}05\,\Omega = 56,25 \cdot 0,05 = 2,8125\,W \) **Berechnung mit \( P = \frac{U^2}{R} \):** \( P = \frac{(15\,V)^2}{0,05\,\Omega} = \frac{225}{0,05} = 4.500\,W \) **Erklärung:** Die drei Ergebnisse unterscheiden sich, weil die Werte für Spannung und Strom nicht zu dem angegebenen Widerstand passen (nach dem Ohmschen Gesetz: \( U = R \cdot I \)). Mit \( R = 0,05\,\Omega \) und \( I = 7,5\,A \) ergibt sich eine Spannung von \( U = 0,05 \cdot 7,5 = 0,375\,V \), nicht 15 V. **Korrekte Leistung am Widerstand:** Verwende die Werte, die zum Widerstand passen, also \( R = 0,05\,\Omega \) und \( I = 7,5\,A \): \( P = I^2 \cdot R = (7,5)^2 \cdot 0,05 = 56,25 \cdot 0,05 = 2,8125\,W \) **Antwort:** An dem Widerstand von 0,05 Ohm bei 7,5 A fällt eine Leistung von **2,81 W** ab (gerundet auf zwei Nachkommastellen).

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Die Eigenleitung in einem Material bezieht sich auf Fähigkeit des Materials, elektrischen Strom zu leiten, ohne dass eine äußere Spannung angelegt wird. Bei höheren Temperaturen e... [mehr]

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Die Eigenleitung in einem Material bezieht sich auf Fähigkeit des Materials, elektrischen Strom zu leiten, ohne dass eine äußere Spannung angelegt wird. Bei höheren Temperaturen erhöht sich die thermische Energie der Atome im Material, was zu einer stärkeren Bewegung der Elektronen führt. Diese erhöhte Bewegung ermöglicht es den Elektronen, sich leichter durch das Material zu bewegen und somit die elektrische Leitfähigkeit zu steigern. Zusätzlich können bei höheren Temperaturen mehr Elektronen aus ihren Bindungen gelöst werden, was die Anzahl der freien Ladungsträger erhöht. Dies führt zu einer besseren Leitfähigkeit des Materials. Daher ist die Eigenleitung bei höheren Temperaturen ausgeprägter, da sowohl die Beweglichkeit der Elektronen als auch die Anzahl der verfügbaren Ladungsträger zunimmt.

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Um den Widerstand R1 zu berechnen, kannst du die Formel für die Leistung verwenden: \[ P = \frac{U^2}{R} \] Dabei ist P die Leistung, U die Spannung und R der Widerstand. Um R1 zu finden, kanns... [mehr]

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Um den Widerstand R1 zu berechnen, kannst du die Formel für die Leistung verwenden: \[ P = \frac{U^2}{R} \] Dabei ist P die Leistung, U die Spannung und R der Widerstand. Um R1 zu finden, kannst du die Formel umstellen: \[ R1 = \frac{U^2}{P1} \] Setze die Werte ein: - U = 230 V - P1 = 3 W Berechnung: \[ R1 = \frac{230^2}{3} \] \[ R1 = \frac{52900}{3} \] \[ R1 \approx 17633,33 \, \Omega \] Der Widerstand R1 beträgt also ungefähr 17633,33 Ohm.

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Der elektrische Widerstand metallischer Leiter kann durch die Struktur ihrer Kristalle erklärt werden. In Metallen sind die Atome in einem regelmäßigen Gitter angeordnet, was die Beweg... [mehr]

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Der elektrische Widerstand metallischer Leiter kann durch die Struktur ihrer Kristalle erklärt werden. In Metallen sind die Atome in einem regelmäßigen Gitter angeordnet, was die Bewegung von Elektronen erleichtert. Diese Elektronen, die als freie Elektronen oder Leitungselektronen bezeichnet werden, können sich durch das Kristallgitter bewegen. Der Widerstand entsteht durch Störungen, die die Bewegung der Elektronen behindern, wie z.B. Gitterfehler, Verunreinigungen oder thermische Schwingungen der Atome. Je mehr dieser Störungen vorhanden sind, desto höher ist der Widerstand. Bei höheren Temperaturen nehmen die thermischen Schwingungen zu, was ebenfalls den Widerstand erhöht. Daher ist der Widerstand metallischer Leiter stark von der Kristallstruktur und den Bedingungen, unter denen sie betrieben werden, abhängig.