Spannungsabfall-Formel & Beispielrechnung
Was ist Spannungsabfall?
Spannungsabfall ist die Verringerung des elektrischen Potenzials entlang des Stromflusses in einem elektrischen Schaltkreis. Oder einfacher ausgedrückt, ein „Abfall der Spannung“. Spannungsabfälle treten aufgrund des internen Widerstands der Quelle, passiver Elemente, über Leiter, Kontakte und Verbindungen auf und sind unerwünscht, da ein Teil der zugeführten Energie verloren geht.
Der Spannungsabfall über einer elektrischen Last ist proportional zur im Last umgewandelten Energiemenge. Der Spannungsabfall wird durch Ohm’sches Gesetz berechnet.
Spannungsabfall in Gleichstrom-Schaltkreisen
In Gleichstrom-Schaltkreisen ist der Grund für den Spannungsabfall der Widerstand. Um den Spannungsabfall in einem Gleichstrom-Schaltkreis zu verstehen, betrachten wir ein Beispiel. Nehmen wir an, es gibt einen Schaltkreis, der aus einer Gleichstromquelle, 2 Widerständen, die in Serie geschaltet sind, und einer Last besteht.
Hier hat jedes Element des Schaltkreises einen bestimmten Widerstand. Sie erhalten und verlieren Energie in einem bestimmten Maß. Der entscheidende Faktor für den Wert der Energie ist jedoch die physische Beschaffenheit der Elemente. Wenn wir die Spannung über der Gleichstromquelle und dem ersten Widerstand messen, sehen wir, dass sie geringer als die Netzspannung ist.
Wir können die von jedem Widerstand verbrauchte Energie bestimmen, indem wir die Spannung über den einzelnen Widerständen messen. Während der Strom vom Gleichstromgenerator zum ersten Widerstand fließt, wird ein Teil der von der Quelle gelieferten Energie aufgrund des Leitungswiderstands verloren.
Um den Spannungsabfall zu überprüfen, werden das Ohm’sche Gesetz und das Kirchhoff’sche Schaltgesetz verwendet, die unten erläutert werden.
Das Ohm’sche Gesetz lautet
V → Spannungsabfall (V)
R → elektrischer Widerstand (Ω)
I → elektrischer Strom (A)
Für geschlossene Gleichstromschaltkreise verwenden wir auch das Kirchhoff’sche Schaltgesetz für die Berechnung des Spannungsabfalls. Es lautet:
Netzspannung = Summe der Spannungsabfälle über jeder Komponente des Schaltkreises.
Berechnung des Spannungsabfalls in einer Gleichstrom-Leitung
Nehmen wir hier ein Beispiel mit einer 100 ft langen Leitung. Also 2 × 100 ft für 2 Leitungen. Sei der elektrische Widerstand 1,02 Ω/1000 ft und der Strom 10 A.
Spannungsabfall in Wechselstrom-Schaltkreisen
In Wechselstrom-Schaltkreisen gibt es neben dem Widerstand (R) eine zweite Gegenspannung für den Fluss des Stroms – die Reaktanz (X), die XC und XL umfasst. Sowohl X als auch R leisten Widerstand gegen den Stromfluss. Die Summe beider wird als Impedanz (Z) bezeichnet.
XC → Kapazitive Reaktanz
XL → Induktive Reaktanz
Die Größe von Z hängt von Faktoren wie der magnetischen Permeabilität, elektrischen Isolierstoffen und der Wechselstromfrequenz ab.
Ähnlich wie beim Ohm’schen Gesetz in Gleichstrom-Schaltkreisen, wird es hier gegeben als
E → Spannungsabfall (V)
Z → elektrische Impedanz (Ω)
I → elektrischer Strom (A)
