Gleichstrom

ist ein elektrischer Strom, der Richtung und Betrag im Laufe der Zeit nicht ändert. Geladene Teilchen bewegen sich in eine Richtung und erzeugen einen stabilen Stromfluss.

1. Grundbegriffe und Ohmsches Gesetz

Stromstärke:

I = \frac{Δ q}{Δ t}

Erklärung

I — Stromstärke; Δq — durch den Leiter geflossene Ladungsmenge; Δt — Zeit. Charakterisiert die Intensität der Ladungsbewegung in einem Stromkreis.

Spannung:

U = φ_{1} - φ_{2}

Kommentar

Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis. Bestimmt die Arbeit, die zum Bewegen von Ladung zwischen ihnen verrichtet wird.

Leiterwiderstand:

R = ρ \cdot l / S

Erklärung

R — Widerstand; ρ — spezifischer Widerstand des Materials; l — Länge des Leiters; S — Querschnittsfläche. Beeinflusst den Strom: je höher R, desto schwächer der Strom bei fester Spannung.

Ohmsches Gesetz für einen Schaltungsteil:

I = \frac{U}{R}

Kommentar

Grundlegende Beziehung zwischen Strom, Spannung und Widerstand. Wird bei Berechnungen für einen linearen Stromkreis verwendet.

Gesamter Schaltkreis mit EMK:

I = \frac{ε}{R + r}

Erklärung

ε — elektromotorische Kraft der Quelle; R — Außenwiderstand des Stromkreises; r — Innenwiderstand der Quelle. Die Formel berücksichtigt Verluste innerhalb der Quelle, wichtig für Wirkungsgradberechnungen.

2. Stromquelle und Spannung

Spannung am Außenkreis:

U = ε \cdot I \cdot r

Erklärung

ε — EMK der Quelle; I — Strom im Stromkreis; r — Innenwiderstand. Wenn eine Last angeschlossen ist, verursacht der Strom einen Spannungsabfall innerhalb der Quelle. Je größer r, desto stärker weicht U von ε ab.

Kommentar:

Eine Stromquelle ist ein Gerät, das Energie (chemisch, mechanisch usw.) in elektrische Energie umwandelt. Die EMK ε charakterisiert die maximale Spannung, die ohne Last verfügbar ist. Wenn eine Last angeschlossen ist, entsteht Strom I, und ein Teil der Energie geht durch den Innenwiderstand r verloren. Die tatsächliche Spannung U an den Klemmen ist immer geringer als ε.

3. Arbeit, Leistung und Wärmewirkung

Arbeit des Stroms:

A = I \cdot U \cdot Δ t = Δ q \cdot U

Erklärung

A — vom elektrischen Strom verrichtete Arbeit, wenn Ladung durch einen Leiter fließt. Kann als Produkt aus Stromstärke, Spannung und Zeit oder als Ladung multipliziert mit Spannung ausgedrückt werden.

Äquivalente Formeln für Arbeit:

A = \frac{U^{2} \cdot Δ t}{R} = I^{2} \cdot R \cdot Δ t

Kommentar

Wird bei der Lösung von Problemen verwendet, bei denen nicht alle Parameter bekannt sind. Bei konstantem Widerstand und Spannung ermöglichen sie eine schnelle Ermittlung der dissipierten Energie.

Elektrische Stromleistung:

P = \frac{A}{Δ t} = I \cdot U = \frac{U^{2}}{R} = I^{2} \cdot R

Kommentar

P — Leistung, charakterisiert die Rate der Energieumwandlung. In Aufgaben ist es wichtig, die richtige Form zu wählen: nach Spannung, nach Strom oder nach Widerstand.

Wärmemenge:

Q = I \cdot U \cdot Δ t = I^{2} \cdot R \cdot Δ t

Kommentar

Wärme, die in einem Leiter freigesetzt wird, wenn Strom durch ihn fließt — als thermischer Effekt. Die Joule-Lenz-Formel erklärt, wie elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird.

4. Wirkungsgrad der Stromquelle

Quellenwirkungsgrad:

η = \frac{U}{ε} = \frac{R}{R + r}

Erklärung

η — Wirkungsgrad; ε — EMK der Quelle; U — Spannung am Außenkreis; R — Außenwiderstand; r — Innenwiderstand. Zeigt, welcher Anteil der Energie der Quelle an die Last geht und was intern verloren geht.

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Formeln für Schlüsselbereiche

Gleichstrom

1. Grundbegriffe und Ohmsches Gesetz

Stromstärke:

Spannung:

Leiterwiderstand:

Ohmsches Gesetz für einen Schaltungsteil:

Gesamter Schaltkreis mit EMK:

2. Stromquelle und Spannung

Spannung am Außenkreis:

Kommentar:

3. Arbeit, Leistung und Wärmewirkung

Arbeit des Stroms:

Äquivalente Formeln für Arbeit:

Elektrische Stromleistung:

Wärmemenge:

4. Wirkungsgrad der Stromquelle

Quellenwirkungsgrad: